對輥破碎機耐（nài）磨焊條的研製

摘要研製了（le）一種（zhǒng）用於對棍玻碎機襯磨堆壞壞條（tiáo），通過（guò）反複調整壞條藥（yào）皮成分，找到了適（shì）合（hé）對棍（gùn）破碎機機齒堆 壞的合全衣.通過堆壞（huài）層（céng）的全相顯徽分析及X射線物相分析表明:新研製的對棍（gùn）破碎機襯磨堆壞壞條（tiáo）組織為馬氏體 +破化物+戲餘奧氏體，堆壞（huài）層的硬度在HRC64---65之問，襯磨試臉和工業試臉證明，對棍破碎機堆壞合全的襯磨（mó） 性能優良，是35CrMoTi鋼的8.6倍，比未堆壞的破碎機使用壽命提高7.8倍（bèi）。

隨著我國選煤行業的迅（xùn）速發展，高效對輥（gǔn）破碎機得（dé）到越來越廣泛的應用，而對輥破碎機的磨損量相當嚴重。我國目前大多數采用的對輥（gǔn）破碎機材料為35CrMoTi (或450)鑄鋼，而此類（lèi）鋼的硬度、耐磨性均較差，無（wú）法承受高應力強磨粒磨（mó）損。由於對輥破碎（suì）機齒尖的麵積（jī）狹小，采用碳化鎢管狀藥（yào）芯焊絲、氧乙炔（quē）吹焊工藝在齒尖部位堆焊，施工難度大，很難推廣普及，而且還存在碳化鎢藥芯焊絲價格昂貴等問題。為解（jiě）決（jué）上述問（wèn）題，研製出了一種適合對輥破碎機機齒堆焊的新型焊條。由於（yú）采用低碳鋼為焊芯，外塗合金藥（yào）皮，其成（chéng）本僅（jǐn）為（wéi）碳化鎢藥（yào）芯焊絲的1/4，該焊（hàn）條在齒尖上堆焊方便自如，隻需一台小型交（jiāo）流焊機，便（biàn）於現場施工。

1、焊條的堆焊工藝性能

本焊條采用價廉易購的H08A低碳（tàn）鋼為焊芯，藥皮是在欽鈣（gài）型藥皮的基礎上加以改進，保（bǎo）留了欽鈣（gài）型（xíng）藥皮電弧（hú）燃燒穩定、脫渣容（róng）易（yì）、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（bàn）作用下迅速向熔滴中過渡（dù）合金元素，當熔滴增（zēng）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（sù）過渡到工件上。這種短路過渡（dù）形式具有使焊層化學成分均（jun1）勻、硬度偏（piān）差（chà）小的優點。另外，本（běn）焊條為酸（suān）性熔渣，對母材表麵（miàn）油鏽（xiù）不敏感，對（duì）修複舊軋輥（gǔn）除鏽要求（qiú）不嚴格，熔渣（zhā）比重小、熔點低、導電性（xìng）好、多層堆焊也不易產生夾（jiá）渣。

焊條堆焊電流與欽（qīn）鈣型結構鋼焊條（tiáo）相當或稍大（dà）一些，4mm焊芯的（de）耐磨焊條堆焊電流在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（sù）不能充（chōng）分熔入堆焊層中（zhōng），而是以熔渣的形式損失掉，合金碳（tàn）化物含量下降，造成堆焊層硬度偏低，耐磨性下降;當堆焊電流偏大時，熔池溫度隨（suí）之升高，碳及合金元素（sù）燒損較多，合金碳化物（wù）含量減少，堆焊層硬度（dù）和耐磨性（xìng）下降。大電流還會使熔池溫（wēn）度上升（shēng），易促進粗晶的形成，這也是應該避免的.選擇堆焊電流（liú）150 A時，碳及合金元素能（néng）充分保留在堆（duī）焊層中，形成一定量的合金（jīn）碳化物硬質相，堆焊層（céng）的硬度和耐磨性得到提（tí）高。單層堆焊和多層堆焊（hàn）硬度差不（bú）多（duō），這是因為，此種焊條沒有螢石之類增（zēng）加熔深的礦石粉(從焊道斷麵觀察，熔深（shēn）很小).所以，單層堆焊受母材稀釋的程度極小，這有（yǒu）利（lì）於減少（shǎo）對輥破碎機機齒的堆焊次數，提高工作效率.以下試（shì）驗均采用6 4 mm焊芯的堆焊焊條，焊（hàn）接電流為150 A，直流焊機單層堆焊。

2、堆焊（hàn）合金的（de）組織與性能試驗（yàn）

2. 1堆（duī）焊層焊態組織

堆焊組織是（shì）決（jué）定堆（duī）焊層耐磨性的主要因素，本文研究的堆焊合金由於含有較多的合金元（yuán）素和適量的碳，使堆焊層碳化物含量（liàng）較多.見圖1。其基體（tǐ）組織為馬氏體 +少量殘餘奧氏體。

2.2 X射線衍射儀測試

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

2.3堆（duī）焊層磨（mó）損試驗（yàn）

該試驗中，上試（shì）樣固定（dìng）不動，下試祥(滾輪)旋轉，將磨料帶入磨損試驗表麵。上試（shì）樣製備:將對輥破碎機堆焊（hàn）焊條堆焊在10 mm厚的45.鋼（gāng）板上，堆焊層為一層，切成10 mmX 10 mmX 12 mm的方塊（kuài），共3塊編為1tt,.,3a。試樣表麵磨光，粗糙度為R,O. 8。標準試樣為35CrMoTi，編號為4U~ 6v。下試樣為GCr 15鋼，830-860℃淬火，150-180℃回（huí）火，硬度（dù）HRC 58^-61，表（biǎo）麵粗糙度（dù）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（hé）19.6N，試驗時間（jiān）2h。測定重量，三塊試樣平均磨損量（liàng）0. 001 43 g，三塊標準試樣平均磨損量（liàng）0. 011 32 g，相對耐磨性為:相（xiàng）對耐磨量。二（èr）標準（zhǔn）試樣磨損量/試樣磨損量=7. 9.

2. 4堆焊合金硬度

堆焊電流為150 A，堆焊層為一層，堆焊合（hé）金的宏觀硬度平均值為HRC 65. 1，基體顯微硬度平均為HY351，條狀碳化物的顯微硬度平均（jun1）值（zhí）為HV 1 304,

2.5堆（duī）焊合金的能譜試驗

用化學方（fāng）法並采用EDAX-PV9100型X射線能譜儀測定堆焊合金成分為（wéi）:。.8%一1.0%C,0.6%一0.8%B，22%~25%Cr，1.0%一（yī）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（xué）分（fèn）析和能譜試驗可知，新研製（zhì）的對輥破（pò）碎機堆焊合金係（xì）高碳高鉻合金，合（hé）金（jīn）元素總量大於25%.由文獻（xiàn）〔2〕知，該合（hé）金係具有強的抗磨粒磨（mó）損能力.

3. 1合金元（yuán）素的作用

(1)碳能夠與大多數合金元素形成化合物，增加堆焊層碳化物含量，提高耐磨性。碳也可以溶入基體形成固溶體，提（tí）高基體硬度。但過多的碳（tàn）又會（huì）降低堆（duī）焊層的韌性，產生（shēng）焊接裂紋。本堆焊合（hé）金係（xì）碳含量限製在0.8%一1.0%這一範圍.

(2)鉻是碳化物穩定元素，當（dāng）原（yuán）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（hán）量低時（shí），堆焊層為高鉻鑄鐵，層內主要硬度相為(Cr, Fe)7 (C, B):及(Cr, Fe) z3(C, B)6，基體為萊氏體[6]，這兩種複合碳（tàn）化物的硬度為HV1100一2300，與萊氏體(HV 700-980)結合在一起具有很高的抗應力（lì）磨料磨損（sǔn）和耐熱、耐蝕性能，它的耐磨性取決於碳化（huà）物的數量和分布，含有大量一（yī）次碳化物的（de）過共晶組織，耐（nài）磨性較好。

(3)欽元素是破碎機耐磨堆焊焊條的主加元（yuán）素（sù）之一它（tā）對堆焊層的質量及耐磨性（xìng）起著一（yī）定作用。欽元（yuán）素是一種強碳化（huà）物形成元素，它與碳的親和力大於（yú）Fe, Cr元素（sù），碳原子半徑與欽原子半徑之比等於0.53(小於0.59).形成的間隙型碳化物TIC，熔（róng）點為3 200 'C，顯微硬度HV 3 200,由於它形成的溫度高，晶粒細小，彌（mí）散分布，對阻止堆焊層（céng）中柱晶和（hé）枝（zhī）狀組織起到一定作用（yòng），同時這種高硬度（dù）、高穩定性的碳化物對（duì）耐（nài）磨性的提高也起到積極作用。

堆焊（hàn）時，熔池溫度很高，因此會吸（xī）收大氣中的氮，與熔池中欽元素形（xíng）成TIN或Ti (N, C)，這類化合物（wù）具有熔（róng）點高、硬度（dù）高、彌散分布的特點，在堆焊層中（zhōng）起著硬 質（zhì）點作用，提高堆焊層（céng）耐磨性（xìng）。 欽元素除可與碳、氮形成高硬度、高穩定性的化合（hé）物外，還可以起到（dào）細化晶粒的（de）作用（yòng）。使共晶組織細化，提高堆（duī）焊層耐磨性，同時（shí）增（zēng）加堆焊層韌性。鐵元素是一種強脫氧劑，可以（yǐ）減少堆焊層中的（de）缺陷.熔渣起脫氧、脫氮、造渣及保護熔池的作用。

(4)在堆焊層中加入微量稀土，不僅可以消除有害雜質、淨化堆焊層，而且可使堆焊合金表麵的氧化膜致（zhì）密，從而（ér）提高堆焊合金的耐磨性。

3. 2堆焊（hàn）合金組織與耐磨性的關係

堆焊層組織是決定堆焊層耐磨性的主要因素，由於本文研製的對輥破碎機堆（duī）焊合金中含有（yǒu）較多的合金元素和適量的碳，形成一定量均（jun1）勻分布的碳化物，大部分 是(Cr, Fe)7C` (HV 1 200-1 800), TiC (HV 3 200).這些高硬度的碳化物能強烈（liè）地抵抗磨料的切削性能，提高破碎機的（de）抗（kàng）磨能力，又因為基體組織為馬氏體+少量殘餘奧氏體，大大提高了基體耐磨性。

4、工（gōng）業試驗結果（guǒ）

通過工業現場試驗證明，使用新研製的堆焊焊條，使對輥破碎（suì）機堆（duī）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。山東鮑店煤礦洗煤廠35CrMoTi對輥破碎機，未經堆焊使用250 h即報廢，對（duì）輥破碎機年耗費54萬元。采用新（xīn）研製的堆焊（hàn）焊條對其表（biǎo）麵進行堆焊（hàn），對（duì）輥破碎機的年耗費為18.6萬元，一年可節約（yuē）35.4萬元.

5結論（lùn）

(1)新研製的對輥破（pò）碎（suì）機堆焊焊條交、直流（liú）焊機均可使用，並且在齒尖上堆焊不（bú）流淌，完全可滿足現場施工技術要求.I

(2)新研製的對輥破碎機堆焊組織為馬氏（shì）體十碳化物+殘餘奧氏體。

(3)新研製的堆（duī）焊焊條其硬度高達HRC65,耐磨性是35CrMoTi的8.6倍。

(4)對輥破碎機堆焊層中的主要碳化物為M7C3型。

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