軋輥耐磨堆焊焊條D600的性能研究

呂程 陳冰泉 賈勤飛

D600是自行研制的一種新型耐磨堆焊焊條，用于含鉻量3～5%的軋輥的堆焊和修復(fù)。對熔敷金屬成分采用了低合金、微合金體系的研發(fā)思路，以保證焊條良好的工藝性能、耐磨性能和較低的成本。本文對焊條的工藝性能、熔敷金屬的回火穩(wěn)定性和耐磨性能進(jìn)行了研究，并通過金相和X射線衍射分析對回火溫度的影響機(jī)理進(jìn)行了初步探討。

1.D600焊條工藝性能

本試驗(yàn)由經(jīng)驗(yàn)豐富的持證焊工施焊。觀察表明：D600焊條引弧容易，鐵水流動(dòng)性好，電弧平穩(wěn)，操作性能良好。焊后脫渣容易，但焊縫成形一般，波紋稍粗。采用GX型高溫物性測試儀測定藥皮熔化溫度，測得D600藥皮熔化溫度為1109℃。根據(jù)GB/T25776-2010，測定D600焊條的熔敷效率為121.875%，表明焊條有較高的熔敷效率。按照文獻(xiàn)的方法和要求，用45℃甘油法擴(kuò)散氫測定儀測定得到D600焊條每100g熔敷金屬中的擴(kuò)散氫含量為3.79ml，為低氫型焊條。

2.D600焊條熔敷金屬回火穩(wěn)定性和耐磨性研究

采用D600焊條對試板進(jìn)行四層堆焊，焊后用磨床將焊縫表面磨平，利用數(shù)控線切割機(jī)將堆焊試樣切割成12個(gè)規(guī)格為15×14×8mm的小試樣，焊縫上表面（即熔敷金屬）為試驗(yàn)面。對切下的試樣進(jìn)行編碼打鋼號。將試樣置于箱式電阻爐中分別在100℃、150℃、200℃、250℃、300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、550℃、600℃溫度進(jìn)行回火處理，保溫40min，空冷。

2.1 熔敷金屬硬度試驗(yàn)

用TH110里氏硬度計(jì)對焊縫表面進(jìn)行硬度測試，測試結(jié)果如表 2。焊態(tài)硬度HRC53.5，完全可以滿足軋輥修復(fù)堆焊的要求?？梢钥闯?，D600焊條熔敷金屬具有良好的回火穩(wěn)定性：除了在200～250℃以及550～600℃回火時(shí)出現(xiàn)硬度小幅下降外，硬度值隨回火溫度的變化波動(dòng)不大，其中在100℃回火時(shí)得到硬度最高值58.8HRC。

表2 焊態(tài)及不同回火溫度下焊縫表面的硬度值

Tab.2 Hardness of weld surface as-welded and at different temper temperature

回火溫度，℃ 焊態(tài) 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600

平均硬度值，

HRC 53.5 58.8 54.4 52.5 50.8 54.0 56.1 58.3 56.1 55.8 51.2 50.5

2.2 熔敷金屬耐磨性試驗(yàn)

在MM200型磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行磨損試驗(yàn)，載荷8Kg低速磨損30min后清洗、吹干，在電子分析天平上稱重。測試結(jié)果如表3。從表3可以看出焊態(tài)及100～200℃回火試樣保持了較好的耐磨性，在250℃～600℃范圍回火處理后其在滑動(dòng)磨損條件下的耐磨性能都有所降低。

表3 D600焊條熔敷金屬回火試樣滑動(dòng)磨損試驗(yàn)結(jié)果

Tab.3 The results of sliding wear of tempering samples of D600 electrode deposited metal

回火溫度/℃ 焊態(tài) 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600

磨損量/mg 0.2 0.2 0.1 0.2 0.3 0.4 0.4 0.3 0.5 0.7 0.3 0.7

3.試驗(yàn)結(jié)果分析

利用日本理學(xué)D/MAX-ⅢC型X射線衍射儀對D600焊態(tài)熔敷金屬進(jìn)行組織分析。從圖2可以看出，焊態(tài)熔敷金屬組織為馬氏體和殘余奧氏體。碳化物的衍射峰和馬氏體峰是重合的，所以在衍射圖中不能顯示。馬氏體組織的存在可大幅度提高金屬的硬度和強(qiáng)度，碳化物在提高硬度方面也有積極的作用。碳化物同時(shí)還起到抗磨骨架的作用，依賴基體的支撐和保護(hù)，提高耐磨性能。

圖2 D600焊態(tài)熔敷金屬的X射線衍射圖

Fig.2 XRD pattems of D600 deposited metal as welded

用TK-C9201EC倒置金相顯微鏡觀察顯微組織，腐蝕劑為4%硝酸酒精溶液。熔敷金屬焊態(tài)組織以片狀馬氏體為主，因此具有較高的硬度和耐磨性。經(jīng)100℃回火處理后，馬氏體中的碳原子在晶界周圍發(fā)生偏聚，形成微小的碳富集區(qū)，使硬度有所升高，但組織形態(tài)與焊態(tài)變化不大，耐磨性沒有變化。在200℃回火時(shí)，隨著回火溫度的升高，富集區(qū)的碳原子發(fā)生了轉(zhuǎn)變，析出針狀碳化物，馬氏體的含碳量減少，因而硬度略有下降，但由于碳化物的析出，依然保持了良好的耐磨性。400℃回火時(shí)，試樣中碳化物從馬氏體基體中析出，形成小顆粒狀的滲碳體，組織是隱針馬氏體、殘余奧氏體和碳化物。隨著回火溫度的升高，針狀碳化物逐漸變短、變細(xì)，因此耐磨性能逐漸下降。當(dāng)回火溫度達(dá)到600℃時(shí)，馬氏體中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)不斷降低，滲碳體析出，晶內(nèi)針狀碳化物完全消失，晶粒略有長大，故耐磨性下降，但硬度變化不大。

4.結(jié)論

（1）D600堆焊焊條工藝性能良好， 電弧燃燒穩(wěn)定， 易引弧，飛濺小，熔敷效率高，脫渣容易，焊縫成形一般，波紋稍粗。（2）D600堆焊層具有較好的回火穩(wěn)定性和耐磨性，其中在100℃～200℃溫度范圍回火，可獲得較高硬度值（58.8HRC）和較好的耐磨性能。（3）D600堆焊焊條的堆焊合金組織是馬氏體、殘余奧氏體和少量碳化物。焊態(tài)金屬和回火后的組織差別不大，硬度值變化較小。低溫回火后，組織保持了較高的耐磨性，隨著回火溫度的升高，耐磨性呈下降的趨勢。