Fe-Cr-C耐磨堆焊材料特殊工藝及在起重機車輪修復(fù)中的應(yīng)用介紹

撰文/龍丹

■510405 廣州起重機械有限公司 廣東 廣州

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Fe-Cr-C耐磨堆焊材料特殊工藝及在起重機車輪修復(fù)中的應(yīng)用介紹

撰文/龍丹

■510405 廣州起重機械有限公司 廣東 廣州

隨著資源短缺、環(huán)保要求和技術(shù)發(fā)展，磨損零件的再制造修復(fù)新技術(shù)的開發(fā)越來越迫切、應(yīng)用也越來越廣泛，本文介紹了為適應(yīng)這樣需求而進行的科技開發(fā)和成果應(yīng)用——一種無預(yù)熱無后熱處理的新型合金藥芯耐磨堆焊材料及其配套機械化工藝設(shè)備在起重機械零部件修復(fù)中的應(yīng)用和特點介紹。關(guān)鍵詞：特殊工藝；起重機零件；修復(fù)；堆焊；自動轉(zhuǎn)臺

隨著科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展，機械設(shè)備所承受的載荷越來越大、設(shè)備運轉(zhuǎn)速度越來越高，零件磨損的速度急劇提升，重載工件的使用壽命成為影響現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備生產(chǎn)效率的重要因素。據(jù)統(tǒng)計，世界工業(yè)化發(fā)達國家約30%的能源是以不同形式磨損消耗，如美國每年因此造成的損失約1000億美元。我國僅在軌道交通、起重運輸、冶金、礦山、電力、煤炭和農(nóng)機部門，每年由于工件磨損而造成的經(jīng)濟損失約400億人民幣。因此研究和發(fā)展耐磨材料，以減少金屬磨損，對國民經(jīng)濟的發(fā)展有著重要意義。

起重機械屬于重載設(shè)備，設(shè)備運轉(zhuǎn)中磨損嚴(yán)重、零件遠沒達到疲勞極限就因磨損而報廢更換，由于產(chǎn)品的附加值低和修復(fù)技術(shù)落后且成本高等限制，起重機行業(yè)在這方面邁出的步伐緩慢，針對這種現(xiàn)況，我們進行了專項零部件修復(fù)項目的技術(shù)開發(fā)和工藝裝備的應(yīng)用，在起重機械零部件修復(fù)上取得了一定的成果。

產(chǎn)品基礎(chǔ)狀況介紹

我國堆焊材料方面的突出特點是“焊條多焊絲少、熔煉焊劑多燒結(jié)焊劑少、實心焊絲少”，而堆焊設(shè)備方面的現(xiàn)狀則是“改裝設(shè)備多專用設(shè)備少、機械化設(shè)備多智能化設(shè)備少”，因此，無論堆焊材料的品種和質(zhì)量，還是堆焊設(shè)備的自動化、智能化水平等方面均亟待發(fā)展和提高，其中國內(nèi)堆焊藥芯焊絲制備的修復(fù)層在硬度、耐磨性、抗腐蝕性、脫渣性等方面都存在不足，堆焊層使用壽命相對國外產(chǎn)品較低。國內(nèi)研發(fā)生產(chǎn)的藥芯焊絲合金體系一般以高合金成分來保證堆焊層性能，致使成本過高，所以一般修復(fù)工程僅應(yīng)用于高附加值的產(chǎn)品修復(fù)中，且性能也不太穩(wěn)定。我們研發(fā)的新型低成本無預(yù)熱后熱處理耐磨修復(fù)焊材，產(chǎn)品具有自硬化功能，填補國內(nèi)空白，自主開發(fā)了配套自動化工藝工裝設(shè)備，為產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供了基本保證。

產(chǎn)品機理及實驗檢測介紹

通過采用借鑒中烏巴頓所先進藥芯焊絲配方及制備技術(shù)，針對中國國內(nèi)原材料的特征，以Fe-Cr-C合金體系為基礎(chǔ)，通過引入耐磨增強相（如WC、ZTC等），以較低合金成分和成本獲得較高耐磨性；添加的不同成分鹵化物和稀土合金等活性劑提高重載工件修復(fù)堆焊層的耐磨性、耐蝕性及其他物理機械性能的影響，最終實現(xiàn)制備低成本和耐磨耐蝕綜合性能優(yōu)異的堆焊藥芯焊絲。制取的堆焊層并具有自硬化效應(yīng)，耐磨性和耐蝕性等綜合性能優(yōu)異，新型耐磨藥芯焊絲不僅具有低合金、低成本和細直徑的優(yōu)勢，還可更好的利用我國本土資源，為再制造行業(yè)提供了一種經(jīng)濟實用、性能優(yōu)異的修復(fù)耐磨新材料。自主開發(fā)設(shè)計生產(chǎn)的車輪修復(fù)自動焊接轉(zhuǎn)臺已獲得專利認證，可以很好的配合焊材實現(xiàn)自動修復(fù)工藝工程。

a堆焊層顯微組織及硬質(zhì)相粒子分布

圖2　自生硬質(zhì)相顆粒分布與形貌

b堆焊層硬度

試驗號　1點2點3點平均值未加工硬化前（HRC）　22　26　24　24加工硬化后（HRC）　33　39　36　36

c摩擦磨損試驗

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d 力學(xué)性能試驗

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以上實驗數(shù)據(jù)表明修復(fù)后的產(chǎn)品比我們原來產(chǎn)品的強度、韌塑性、耐磨性能等都有大幅的提升，是一種性能優(yōu)良的修復(fù)材料。

產(chǎn)品工藝特點介紹

a采用氬氣+二氧化碳混合氣體保護焊

b使用國內(nèi)原材料替代進口材料、低合金配方，實現(xiàn)焊材的低成本經(jīng)濟價值。

c修復(fù)零件的材料適用性廣泛，除了常規(guī)可焊性好的低碳低合金鋼，還適用中高碳鋼合金鑄鋼（如45、55號鋼、ZG340-640等材料）的堆焊修復(fù)處理。

d無需預(yù)熱后熱處理——無論碳當(dāng)量高的材料還是不同厚度（幾毫米～幾百毫米）全部常溫冷態(tài)下直接堆焊處理，堆焊組織良好，無需預(yù)熱處理，焊后也不用緩冷處理和再次熱處理。

e堆焊層良好的加工性能——堆焊層在一般硬度在20～26HRC范圍，有很好的加工切削性能。

f堆焊層自硬化功能——對于起重機車輪這類需要進行淬火處理的零件，新型材料的堆焊層有沖擊或振動后表面自硬化功能，硬度可達車輪踏面硬度要求從而取代了淬火熱處理工藝。

g自動焊接轉(zhuǎn)臺，可以適應(yīng)不同規(guī)格車輪及其不同磨損部位的堆焊需要，電動調(diào)節(jié)，提高生產(chǎn)效率減少勞動強度，提升堆焊質(zhì)量，減少焊材的浪費。

產(chǎn)品經(jīng)濟效益和意義

a原材料供給充足便宜經(jīng)濟，低合金成分低成本，是同類修復(fù)產(chǎn)品不到一半的成本。

b使用普通的二氧化碳焊機，無需特殊焊接設(shè)備；人工操作簡單不用專門培訓(xùn)。

c材料適應(yīng)范圍廣，可以拓展到其他產(chǎn)品和行業(yè)的零部件修復(fù)工程。

d工藝過程不需要熱處理，提高了生產(chǎn)效率降低勞動強度，大幅有效的減少生產(chǎn)工藝成本。

e配套工裝轉(zhuǎn)臺，可實現(xiàn)自動化產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，提供生產(chǎn)效率，方便推廣應(yīng)用。

f實現(xiàn)了低成本、小耗能、省材料、再利用資源的經(jīng)濟環(huán)保工程。

g填補了國內(nèi)此項技術(shù)的空白。

以上的經(jīng)濟和工藝特點，解決了低附加值大型產(chǎn)品零件的修復(fù)和性能提升的技術(shù)困境，提供了一種經(jīng)濟實用、性能優(yōu)異的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，填補了國內(nèi)此項技術(shù)的空白，為實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟、節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展的再制造產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展貢獻了一份力量。

參考：

［1］JBT 6392-2008 起重機車輪.