對輥破碎機耐磨焊條的研製

摘要研製了一種用於對棍玻碎機襯磨堆壞壞條，通過反複調整壞條藥皮成分，找到了適合對棍破（pò）碎機機齒堆 壞的合全衣.通過（guò）堆壞層的全相顯徽分（fèn）析及X射線物相分析表明:新研製的對棍破（pò）碎機襯磨堆（duī）壞壞條組織為（wéi）馬（mǎ）氏體 +破化物+戲餘奧氏體，堆壞層的硬度在HRC64---65之問，襯磨試臉和工業試臉（liǎn）證明，對棍（gùn）破碎機堆壞合全的襯磨 性（xìng）能優良，是35CrMoTi鋼的8.6倍，比未堆壞的破碎機使用壽命（mìng）提高7.8倍。

隨著我國選煤行業的迅速發展，高效對輥破碎機得到越來越（yuè）廣泛的應用，而（ér）對輥破碎機的磨損量相當嚴重。我（wǒ）國目前大多數采用的對輥破碎機材料為35CrMoTi (或450)鑄鋼，而此類鋼的硬度、耐磨（mó）性均較差（chà），無法承受高應力強（qiáng）磨粒磨損。由於對輥破碎機齒尖的麵積狹小，采用碳化鎢管（guǎn）狀藥芯焊絲（sī）、氧乙炔吹焊工（gōng）藝在齒尖部位堆（duī）焊，施工（gōng）難度大，很難推廣普及，而且還存（cún）在（zài）碳化鎢藥芯焊絲價（jià）格昂貴（guì）等問題。為解決上述問題，研製出（chū）了一種適合對輥破碎機機齒堆焊的新型（xíng）焊條。由於采用低碳鋼為焊芯，外塗合金藥皮，其成本僅（jǐn）為碳（tàn）化鎢藥芯焊絲的1/4，該焊條（tiáo）在齒（chǐ）尖上堆焊方便自（zì）如，隻需一台（tái）小（xiǎo）型交流焊機，便（biàn）於現場施工。

1、焊條的堆（duī）焊工藝性能

本焊（hàn）條采用價（jià）廉易購的H08A低碳鋼（gāng）為焊芯，藥皮是在（zài）欽鈣型藥皮的基礎上加以（yǐ）改進，保留了欽鈣型藥皮電弧燃燒穩定、脫渣容易、飛濺小、成形美觀、交直流兩用等特點。由於藥皮中的合金劑（jì）在電弧攪拌作用（yòng）下迅（xùn）速向熔滴中（zhōng）過渡合金元素（sù），當（dāng）熔滴增大到與母材接觸時，造成短路，在重力和表麵張力的作用下（xià）迅速過渡到工件上。這種短路過渡形式具有使焊層（céng）化學成分均（jun1）勻、硬度偏差小的優點。另外，本焊條為酸性熔渣，對母（mǔ）材表麵油鏽不敏（mǐn）感，對修複舊軋輥除（chú）鏽要求不嚴格（gé），熔渣比重小、熔點低、導電性好、多層堆（duī）焊也不易產生夾渣。

焊條堆焊電（diàn）流與欽鈣型結構鋼焊（hàn）條相當或稍大一些，4mm焊芯的耐磨（mó）焊條（tiáo）堆焊電流在140-160 A之間，當堆焊電流偏低時，焊條熔化速率降低，碳及合金元素不能充分熔入堆焊（hàn）層（céng）中，而是以熔渣的形式損失掉，合金碳化物含量下降，造成堆焊層（céng）硬度偏低，耐磨性下（xià）降;當堆焊電流偏大時，熔池溫度隨之升高，碳（tàn）及合金元素燒損較多，合金碳化物含（hán）量減少，堆（duī）焊層硬度和耐磨性下降。大電流還會使（shǐ）熔池溫度上升，易促（cù）進粗晶的形（xíng）成（chéng），這也是應該避免的.選擇堆焊（hàn）電流150 A時，碳及合金元素能充分（fèn）保留在堆焊層中，形成一定量的合金碳化物硬質相，堆焊層的硬度和耐磨（mó）性得到提高。單層堆焊和多層堆焊硬度差不多，這是因（yīn）為，此種焊（hàn）條沒有螢石之類增加熔深的礦石粉(從焊道斷麵觀察，熔深很小).所以，單層堆焊受母材稀釋的程度極（jí）小，這（zhè）有利於減少對輥破碎機機（jī）齒的堆（duī）焊次數，提高工作（zuò）效率.以下試驗均（jun1）采用6 4 mm焊芯的堆焊焊條，焊接（jiē）電流（liú）為150 A，直流焊機（jī）單層堆焊（hàn）。

2、堆焊合金的組織與性能試驗

2. 1堆焊層（céng）焊態組織

堆焊組織是決定堆焊層（céng）耐磨（mó）性的主要因素，本文研究的堆焊合金由於含（hán）有較多的合金元素和適量的碳，使堆焊層碳化物含量較多（duō）.見圖1。其基（jī）體組織（zhī）為馬氏體 +少量殘（cán）餘奧氏體。

2.2 X射線衍射儀測試

對試樣進行x射線物相分析，其結果證明堆焊（hàn）合（hé）金的組織主要由馬氏體和(Cr, Fe)23C‘組成（chéng）。

2.3堆（duī）焊層磨損試驗（yàn）

該試驗中，上試樣固定不動，下試祥（xiáng）(滾輪)旋轉，將磨料帶入磨損試驗表麵。上試樣製備:將對輥破碎機堆（duī）焊焊條堆焊在10 mm厚的45.鋼板上（shàng），堆焊層為一層，切成10 mmX 10 mmX 12 mm的方塊，共3塊編（biān）為1tt,.,3a。試樣表麵（miàn）磨光，粗糙度為（wéi）R,O. 8。標準（zhǔn）試樣為（wéi）35CrMoTi，編號為4U~ 6v。下試樣為GCr 15鋼，830-860℃淬火（huǒ），150-180℃回火，硬度HRC 58^-61，表麵（miàn）粗糙度R,O. 8。下試樣尺寸為44.1X9.8mm，轉速180rpm。磨料采用60---100目石英砂，硬度Hv 900---1 100,磨料流量18-20 g/min。試驗施加載荷19.6N，試驗時間2h。測定（dìng）重量（liàng），三塊試樣平均磨損量0. 001 43 g，三塊標準試樣平均磨損量0. 011 32 g，相對耐磨性為:相（xiàng）對（duì）耐磨（mó）量。二標準試樣磨損量（liàng）/試樣磨（mó）損量（liàng）=7. 9.

2. 4堆焊合金硬度

堆焊電流為150 A，堆焊層為一層，堆（duī）焊合金的宏觀硬度平均值為HRC 65. 1，基體顯微硬度平均為HY351，條狀（zhuàng）碳化物的顯微硬度平均值為（wéi）HV 1 304,

2.5堆焊合金的能（néng）譜試驗

用化學方法並采（cǎi）用EDAX-PV9100型X射線能譜儀測定堆焊合金成分為:。.8%一1.0%C,0.6%一0.8%B，22%~25%Cr，1.0%一1. 2%Ti，0.6%~0. 8%W，0.2% ---0.4%Si, 0.2%寫-0.4%Mn, Re微量，Fe餘量。

3、分析討論

從化學分析和能譜試（shì）驗可（kě）知，新研製的對輥破碎機堆焊合金係高碳高鉻合金，合金元素總量大於25%.由文獻〔2〕知，該（gāi）合金係具有強的（de）抗磨粒磨損能力.

3. 1合金元素（sù）的作用

(1)碳能夠與（yǔ）大（dà）多數合金元素形成化合物，增加堆焊層碳（tàn）化物含量，提高耐磨性。碳（tàn）也可以溶入基體形（xíng）成固溶體，提高基體硬度。但過多的碳又會降低堆焊層的韌性，產生焊接（jiē）裂紋。本堆焊合金係碳含量限製在0.8%一（yī）1.0%這一範圍.

(2)鉻（gè）是碳（tàn）化物穩定元素，當原子比值N cr/c增加時，鋼中先後生成(Cr,Fe)5C, (Cr,Fe)7C和(Cr,Fe)29C6151。當Cr含量較高C含量低時，堆焊層為高鉻鑄鐵，層（céng）內主要硬度相為(Cr, Fe)7 (C, B):及(Cr, Fe) z3(C, B)6，基體（tǐ）為萊氏體（tǐ）[6]，這兩（liǎng）種複合碳化物的（de）硬度為HV1100一2300，與萊氏體(HV 700-980)結合在一起具有很高的抗應力磨（mó）料磨損和耐熱、耐（nài）蝕性能，它的耐磨（mó）性取決於碳化物的數量（liàng）和分布，含有大量一次碳化物（wù）的過共晶組織，耐磨性較好。

(3)欽元素是破碎機耐磨堆焊焊條的主加元素之一（yī）它對堆（duī）焊層的質量及耐磨性起著一定作用。欽元素是一（yī）種強碳化物形成元素，它與碳的親和力大於Fe, Cr元素，碳原（yuán）子半徑與欽原子半徑之（zhī）比等於0.53(小於0.59).形成的間隙型碳化（huà）物（wù）TIC，熔點為3 200 'C，顯微硬度HV 3 200,由於它形成的（de）溫（wēn）度高（gāo），晶粒細小，彌散分布，對阻止堆焊層中柱晶和枝狀組織起到一定作用，同時這種高硬（yìng）度、高（gāo）穩定性的碳化物對耐磨性的提高也起到積極作用。

堆焊時，熔池（chí）溫度很高（gāo），因此會（huì）吸收大（dà）氣中的氮，與熔池中欽元素形成TIN或（huò）Ti (N, C)，這類化合物具有熔（róng）點高、硬度高、彌散分布的特點，在堆焊層中起（qǐ）著硬 質點作用，提高堆焊層耐磨性。 欽元素除可（kě）與碳、氮形（xíng）成（chéng）高硬度、高穩定性的化合物外（wài），還可以起到細化晶粒的作用（yòng）。使共晶組織細化，提高堆焊層耐磨性，同時增（zēng）加堆焊層韌性。鐵元素是一種強脫氧劑，可以減少堆焊層中的缺陷.熔渣起脫氧、脫氮、造渣及保護熔池的作（zuò）用。

(4)在堆焊層中加（jiā）入微量稀（xī）土，不僅可以消除有害雜質、淨化（huà）堆焊層，而且可使堆（duī）焊合金表麵的氧（yǎng）化膜致密，從而提高堆焊合金的耐磨性。

3. 2堆焊合金組織與耐磨性的關係

堆焊層組（zǔ）織是（shì）決（jué）定堆焊層耐磨性的主要因素，由於本文研製的對輥破碎（suì）機堆焊合金中含有較（jiào）多的合金元素和適量的碳（tàn），形成一定量（liàng）均勻分布的碳化物，大部分 是(Cr, Fe)7C` (HV 1 200-1 800), TiC (HV 3 200).這些高硬度的碳（tàn）化（huà）物能強烈地抵抗磨料的切削性能，提高破碎機的抗磨能力，又因為基體（tǐ）組織為馬氏體+少（shǎo）量殘餘奧氏體，大大提高了基體耐磨性。

4、工業試驗結果

通過工業現場試驗證明，使用新研（yán）製的堆焊焊條，使對輥破碎機堆焊層的耐磨性能很好地滿足了工業要求，獲得了顯著的經濟效益。山東（dōng）鮑店煤礦洗煤廠35CrMoTi對輥（gǔn）破碎機，未經堆焊使用250 h即報廢，對輥破碎機（jī）年耗費54萬元。采用新研製的堆（duī）焊焊條對其表麵進行堆焊，對輥（gǔn）破碎機的年（nián）耗（hào）費為18.6萬元，一年可節約35.4萬元.

5結論

(1)新研製（zhì）的對輥破碎機堆焊焊條交、直流焊機均可使用，並且在齒尖上堆焊（hàn）不流（liú）淌，完全可滿足現場施工技術要求.I

(2)新研製的對輥破（pò）碎機堆焊（hàn）組織為馬氏（shì）體十碳化物+殘餘（yú）奧氏體。

(3)新研（yán）製的堆焊焊條其硬度（dù）高（gāo）達HRC65,耐磨性是35CrMoTi的8.6倍。

(4)對輥破碎（suì）機堆焊層中的主要碳化物為M7C3型。

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