一种新型的高韧性抗冲击磨损的堆焊焊条 本发明涉及到一种耐磨损的堆焊焊条。
通常，耐磨损的堆焊焊条做为一类经常使用的焊条在钢结构的易磨损的表面上堆焊，这类堆焊焊条一般是由碳、铬、钼、钒、锰、钨等合金元素强化的，堆焊金属具有较高的硬度(通常HRC大于40)，也有一定的耐磨性，然而，这类堆焊焊条的韧性差，抗裂性和抗冲击磨损通能力差，这样就限制了这类堆焊焊条在工程上的广泛应用，因为在某些工作场合，例如挖掘机、装载机的铲斗、齿面，经常在动载条件下工作，在这种条件下工作的工件上堆焊的焊条的堆金属仅仅具有高硬度和一般的耐磨性是不能满足要求的，这类焊条的堆焊金属在具有一定硬度的前堤下，还应当具有一定的韧性，以及具有较高的抗裂性和抗冲击磨损性能。
例如，国际专利WO86/04284公开了一种高硬度的堆焊焊条，这种焊条是由石墨、铬、钼、钒等合金元素强化地铁素体基的堆焊焊条，该焊条涂料成分及其重百分比含量为：
大理石18-25 萤石11-18 石墨2.5-3 铬铁12.5-15
钼铁25-30 钒铁8-10 钛铁5-6 硅铁4.2-5
锰铁0.7-1.2 云母0.5-1.5 纤维素0.5-1.5 苏打0.4-0.6
该焊条的堆焊金属的硬度相当高(HRC大于59-61)，具有一定的“红硬性”和耐磨性，但是，根据该焊条的强化的合金元素分析，其堆焊金属的韧性差，抗裂性和抗冲击磨损差。同时，根据该焊条的渣系成分分析，这种焊条的焊接电弧稳定性和焊接工艺性也不好。
为了克服上述的现有技术中的不足，本发明的目的是提出一种新型的高韧性抗冲击磨损的堆焊焊条。
本发明的新型的高韧性耐磨损的堆焊条的涂料成分及其重量百分比含为：
大理石10-15 萤石1-5 石墨5-15 碳酸钡3-20
碳酸钾1-5 铁粉12-18 磷铁1-3 硅铁4-8
锰铁2-6 金属铬8-1 2 高碳铬铁10-15 钼铁1-3
钒铁1-3 铝粉1-5 纤维素1-3
该焊条的焊芯为H08A钢，焊芯直径为φ4.0mm，涂敷后焊条外径为φ6.2mm，利用模数为3.0的钾钠水玻璃，焊条焙烧温度和时间为300℃×2小时。
该焊条利用直流电源反极性堆焊，在钢板上堆焊一层，焊后堆焊金属层硬度HRC30-35，经机械冲击后堆焊金属层硬化，硬度可达HRC50-55。该堆焊金属韧性高，具有高的抗裂性和抗冲击磨损能力。
焊条的抗冲击磨损性能通过以下的试验得到：
试样基体为φ11.28mm×40mm的45号钢棒料，该棒料的端部是堆焊后加工成高为3-5mm的本发明焊条的堆焊金属，堆焊规范为I＝140A，焊接速度为V＝180mm/分，对该试样的上述端部进行抗冲击磨损试验是在MLD动载磨料磨损试验机上进行的，试验结果如表1所示。
表1堆焊金属的抗冲击磨损试验 试验堆焊焊条 磨损率V(克/分) 本发明的堆焊焊条 0.44 D202(含有碳、铬、钼合金的堆焊焊条) 1.0
试验条件：冲击功2.0J，冲击磨损时间15分钟
V＝Δw/t(克/分)，Δw冲击磨损量
从表1的试验结果可以看出，本发明的堆焊焊条的抗冲击磨损能力明显地高于一般的堆焊焊条。
本发明提出的是一种奥氏体为基体通过石墨、铬、钼、钒强化的堆焊焊条，为了使该焊条具有高韧性、高抗裂性和抗冲击磨损能力，采用了一种新的合金化体系及其相应的百分比含量。
首先，本发明的堆焊焊条与上述的国际专利的堆焊焊条相比，明显地提高了石墨和铬的百分比含量，即采用了石墨5-15％，金属铬8-12，高碳铬铁10-15，本发明的堆焊焊条在这种的百分比含量范围内再与适量的金属元素钼、钒相配合就形成了奥氏体基体以及弥散于奥氏体晶内或晶界的碳化物，同时，合金元素钼、钒还可以细化晶粒，从而使堆焊金属在一定硬度条件下具有高韧性，高的抗裂性和抗冲击磨损能力，这些是上述国际专利的以铁素体为基体的堆焊焊条所达不到的。
另外，在焊条涂料中加入小于3％的磷铁也是有利的，磷元素在堆焊属中形成共晶组织，阻碍晶粒长大，并且促使晶界溶解部份碳化物，可以提高堆焊金属的冲击硬化效果。然而，当磷铁含量大于3％时，堆焊金属的抗裂性变坏。
当石墨含量大于15％，堆焊金属的硬度提高，但抗裂性差，焊接烟尘大，焊缝边缘产生黑色污染，当高碳铬铁和金属铬分别大于12％和15％时，堆焊金属韧性比较低，抗裂性和抗冲击磨损能力差，还发现钼铁和钒铁均大于3％时，堆焊金属的韧性、抗裂性和抗冲击磨损能力差。当石墨含量小于5％时，堆焊金属的碳化物含量不足，铁素体量增加，同时，气体的保护性能差，焊接电弧的稳定性和焊接成型变坏。
本发明的堆焊焊条采用大理石—萤石—石墨渣系，尽管这与上述国际专利的渣系类似，但这些成分的配比的百分比含量是有明显差别的，本发明采用了一种上述成分的最佳的配比。本发明的焊条采用大理石10-15％、萤石1-5％和石墨5-15％，同时配合有稳弧剂碳酸钡、铝粉等，可以明显的改善电弧的稳定性，提高焊条的堆焊工艺性能。试验表明，当大理石和萤石的含量分别超过10-15和1-5％的范围时，焊接熔渣复盖不良，脱渣性不好，焊接飞溅增大，焊缝成型差。
综上所述，本发明的焊条的堆焊金属的金相组织以奥氏体和晶界产生的共晶组织为主，奥氏体晶体内具有足够的弥散的碳化物，奥氏体晶体内溶解的碳化物析出，表面硬度增加，同时具有高韧性、高抗裂性和抗冲击耐磨性能。
图1本发明焊条堆焊金属的金相组织(×400)
图1为本发明焊条堆焊金属的金相组织图(×400)，由图1可以看出，堆焊金属的基体为树枝状奥氏体，晶界连续分布共晶组织和碳化物。经冲击后，奥氏体晶内析出碳化物。
本发明的焊条与国际专利WO86/04282的焊条相比，堆焊金属经机械冲击后不仅是有较高的硬度，同时具有高韧性和高抗裂性以及抗冲击耐磨性能，因此，适合于动载条件下工作的低碳钢、高锰钢和铸铁等工件上易磨损面的堆焊，例如在挖掘机、装载机的铲斗、齿面上堆焊。
实施例1
本发明的一种堆焊焊条，该焊条涂料的成份及其重量百分比含量为：
大理石 10 萤石 5 石墨 6 碳酸钡 15 碳酸钾 3.5
铁粉 18 磷铁 1.5 硅铁 5 锰铁 5 金属铬 10
高碳铬铁 12 钼铁 2 钒铁 2 铝粉 3 纤维素 2
焊条为H08A钢，焊芯直径φ4.0mm，涂敷后的焊条外径φ6.2mm，利用模数为3.0的钾钠水玻璃，焊条焙烧温度和时间为300℃×2小时。
该堆焊焊条利用直流电源反极性堆焊，在ZGMn13钢板上堆焊一层，堆焊后堆焊层硬度HRC32，经机械冲击后硬度提高为HRC53，堆焊层无裂纹。利用前述的方法进行该焊条的堆焊金属的抗冲击磨损试验，试验结果该焊条的磨损率V为0.40克/分，表明该焊条具有高的抗冲击磨损性能。
实施例2
所采用堆焊焊条的涂料成分及其重量百分比含量同实施例1，其余条件也与实施例1相同，差别仅仅在于该焊条在灰口铸铁上堆焊，堆焊一层不裂。该堆焊焊条的磨损率V为0.5克/分，也表明该条具有高的抗冲击磨损能力。