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对辊破碎机耐磨焊条的研制

来源:源通机械   时间:2011-07-02

摘要研制了一种用于对棍玻碎机衬磨堆坏坏条,通过反复调整坏条药皮成分,找到了适合对棍破碎机机齿堆 坏的合全衣.通过堆坏层的全相显徽分析及X射线物相分析表明:新研制的对棍破碎机衬磨堆坏坏条组织为马氏体 +破化物+戏余奥氏体,堆坏层的硬度在HRC64---65之问,衬磨试脸和工业试脸证明,对棍破碎机堆坏合全的衬磨 性能优良,是35CrMoTi钢的8.6倍,比未堆坏的破碎机使用寿命提高7.8倍。

随着我国选煤行业的迅速发展,高效对辊破碎机得到越来越广泛的应用,而对辊破碎机的磨损量相当严重。我国目前大多数采用的对辊破碎机材料为35CrMoTi (或450)铸钢,而此类钢的硬度、耐磨性均较差,无法承受高应力强磨粒磨损。由于对辊破碎机齿尖的面积狭小,采用碳化钨管状药芯焊丝、氧乙炔吹焊工艺在齿尖部位堆焊,施工难度大,很难推广普及,而且还存在碳化钨药芯焊丝价格昂贵等问题。为解决上述问题,研制出了一种适合对辊破碎机机齿堆焊的新型焊条。由于采用低碳钢为焊芯,外涂合金药皮,其成本仅为碳化钨药芯焊丝的1/4,该焊条在齿尖上堆焊方便自如,只需一台小型交流焊机,便于现场施工。

1、焊条的堆焊工艺性能

本焊条采用价廉易购的H08A低碳钢为焊芯,药皮是在钦钙型药皮的基础上加以改进,保留了钦钙型药皮电弧燃烧稳定、脱渣容易、飞溅小、成形美观、交直流两用等特点。由于药皮中的合金剂在电弧搅拌作用下迅速向熔滴中过渡合金元素,当熔滴增大到与母材接触时,造成短路,在重力和表面张力的作用下迅速过渡到工件上。这种短路过渡形式具有使焊层化学成分均匀、硬度偏差小的优点。另外,本焊条为酸性熔渣,对母材表面油锈不敏感,对修复旧轧辊除锈要求不严格,熔渣比重小、熔点低、导电性好、多层堆焊也不易产生夹渣。

焊条堆焊电流与钦钙型结构钢焊条相当或稍大一些,4mm焊芯的耐磨焊条堆焊电流在140-160 A之间,当堆焊电流偏低时,焊条熔化速率降低,碳及合金元素不能充分熔入堆焊层中,而是以熔渣的形式损失掉,合金碳化物含量下降,造成堆焊层硬度偏低,耐磨性下降;当堆焊电流偏大时,熔池温度随之升高,碳及合金元素烧损较多,合金碳化物含量减少,堆焊层硬度和耐磨性下降。大电流还会使熔池温度上升,易促进粗晶的形成,这也是应该避免的.选择堆焊电流150 A时,碳及合金元素能充分保留在堆焊层中,形成一定量的合金碳化物硬质相,堆焊层的硬度和耐磨性得到提高。单层堆焊和多层堆焊硬度差不多,这是因为,此种焊条没有萤石之类增加熔深的矿石粉(从焊道断面观察,熔深很小).所以,单层堆焊受母材稀释的程度极小,这有利于减少对辊破碎机机齿的堆焊次数,提高工作效率.以下试验均采用6 4 mm焊芯的堆焊焊条,焊接电流为150 A,直流焊机单层堆焊。

2、堆焊合金的组织与性能试验

2. 1堆焊层焊态组织

堆焊组织是决定堆焊层耐磨性的主要因素,本文研究的堆焊合金由于含有较多的合金元素和适量的碳,使堆焊层碳化物含量较多.见图1。其基体组织为马氏体 +少量残余奥氏体。

2.2 X射线衍射仪测试

对试样进行x射线物相分析,其结果证明堆焊合金的组织主要由马氏体和(Cr, Fe)23C‘组成。

2.3堆焊层磨损试验

该试验中,上试样固定不动,下试祥(滚轮)旋转,将磨料带入磨损试验表面。上试样制备:将对辊破碎机堆焊焊条堆焊在10 mm厚的45.钢板上,堆焊层为一层,切成10 mmX 10 mmX 12 mm的方块,共3块编为1tt,.,3a。试样表面磨光,粗糙度为R,O. 8。标准试样为35CrMoTi,编号为4U~ 6v。下试样为GCr 15钢,830-860℃淬火,150-180℃回火,硬度HRC 58^-61,表面粗糙度R,O. 8。下试样尺寸为44.1X9.8mm,转速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。试验施加载荷19.6N,试验时间2h。测定重量,三块试样平均磨损量0. 001 43 g,三块标准试样平均磨损量0. 011 32 g,相对耐磨性为:相对耐磨量。二标准试样磨损量/试样磨损量=7. 9.

2. 4堆焊合金硬度

堆焊电流为150 A,堆焊层为一层,堆焊合金的宏观硬度平均值为HRC 65. 1,基体显微硬度平均为HY351,条状碳化物的显微硬度平均值为HV 1 304,

2.5堆焊合金的能谱试验

用化学方法并采用EDAX-PV9100型X射线能谱仪测定堆焊合金成分为:。.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%写-0.4%Mn, Re微量,Fe余量。

3、分析讨论

从化学分析和能谱试验可知,新研制的对辊破碎机堆焊合金系高碳高铬合金,合金元素总量大于25%.由文献〔2〕知,该合金系具有强的抗磨粒磨损能力.

3. 1合金元素的作用

(1)碳能够与大多数合金元素形成化合物,增加堆焊层碳化物含量,提高耐磨性。碳也可以溶入基体形成固溶体,提高基体硬度。但过多的碳又会降低堆焊层的韧性,产生焊接裂纹。本堆焊合金系碳含量限制在0.8%一1.0%这一范围.

(2)铬是碳化物稳定元素,当原子比值N cr/c增加时,钢中先后生成(Cr,Fe)5C, (Cr,Fe)7C和(Cr,Fe)29C6151。当Cr含量较高C含量低时,堆焊层为高铬铸铁,层内主要硬度相为(Cr, Fe)7 (C, B):及(Cr, Fe) z3(C, B)6,基体为莱氏体[6],这两种复合碳化物的硬度为HV1100一2300,与莱氏体(HV 700-980)结合在一起具有很高的抗应力磨料磨损和耐热、耐蚀性能,它的耐磨性取决于碳化物的数量和分布,含有大量一次碳化物的过共晶组织,耐磨性较好。

(3)钦元素是破碎机耐磨堆焊焊条的主加元素之一它对堆焊层的质量及耐磨性起着一定作用。钦元素是一种强碳化物形成元素,它与碳的亲和力大于Fe, Cr元素,碳原子半径与钦原子半径之比等于0.53(小于0.59).形成的间隙型碳化物TIC,熔点为3 200 'C,显微硬度HV 3 200,由于它形成的温度高,晶粒细小,弥散分布,对阻止堆焊层中柱晶和枝状组织起到一定作用,同时这种高硬度、高稳定性的碳化物对耐磨性的提高也起到积极作用。

堆焊时,熔池温度很高,因此会吸收大气中的氮,与熔池中钦元素形成TIN或Ti (N, C),这类化合物具有熔点高、硬度高、弥散分布的特点,在堆焊层中起着硬 质点作用,提高堆焊层耐磨性。 钦元素除可与碳、氮形成高硬度、高稳定性的化合物外,还可以起到细化晶粒的作用。使共晶组织细化,提高堆焊层耐磨性,同时增加堆焊层韧性。铁元素是一种强脱氧剂,可以减少堆焊层中的缺陷.熔渣起脱氧、脱氮、造渣及保护熔池的作用。

(4)在堆焊层中加入微量稀土,不仅可以消除有害杂质、净化堆焊层,而且可使堆焊合金表面的氧化膜致密,从而提高堆焊合金的耐磨性。

3. 2堆焊合金组织与耐磨性的关系

堆焊层组织是决定堆焊层耐磨性的主要因素,由于本文研制的对辊破碎机堆焊合金中含有较多的合金元素和适量的碳,形成一定量均匀分布的碳化物,大部分 是(Cr, Fe)7C` (HV 1 200-1 800), TiC (HV 3 200).这些高硬度的碳化物能强烈地抵抗磨料的切削性能,提高破碎机的抗磨能力,又因为基体组织为马氏体+少量残余奥氏体,大大提高了基体耐磨性。

4、工业试验结果

通过工业现场试验证明,使用新研制的堆焊焊条,使对辊破碎机堆焊层的耐磨性能很好地满足了工业要求,获得了显著的经济效益。山东鲍店煤矿洗煤厂35CrMoTi对辊破碎机,未经堆焊使用250 h即报废,对辊破碎机年耗费54万元。采用新研制的堆焊焊条对其表面进行堆焊,对辊破碎机的年耗费为18.6万元,一年可节约35.4万元.

5结论

(1)新研制的对辊破碎机堆焊焊条交、直流焊机均可使用,并且在齿尖上堆焊不流淌,完全可满足现场施工技术要求.I

(2)新研制的对辊破碎机堆焊组织为马氏体十碳化物+残余奥氏体。

(3)新研制的堆焊焊条其硬度高达HRC65,耐磨性是35CrMoTi的8.6倍。

(4)对辊破碎机堆焊层中的主要碳化物为M7C3型。

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