K360鋼表面磨損堆焊的研究

摘要：針對刮板運輸機中部槽中板在長時間工作作業后，磨損失效的情況，合理的選用了一種藥芯焊絲，最終經試驗證明堆焊層具有和母材同樣的硬度、沖擊韌度等性能，滿足實際工作需要，有著可觀的經濟效益。

關鍵詞：K360；堆焊；磨損

1前言

磨損是機械零件失效最主要的方式之一，其占零件失效總量的60%～80%。據有關專家估計，全世界約有 1/3～1/2 的能源以各種形式消耗在摩擦上[1]。由于摩擦導致磨損失效約占設備損壞的 70％～80％[2]，每年損失都在上千億美元。由此可見，機器零件的摩擦磨損，是構成能源與材料大量損耗的主要因素。因此，防止機器零部件的磨損損失以及對已磨損的零件進行合理的修復工作，已經引起了世界各國科學工作者的廣泛關注。

本論文針對運輸機中部槽中板，在使用中需承受拉、壓、彎曲沖擊、摩擦和腐蝕等多種作用，所以局部磨損非常嚴重，造成中部槽中板過早失效，不能保證正常生產要求的現狀，研究了其堆焊修復工藝。

2母材及焊材

刮板運輸機中部槽中板的材質為來自日本的進口鋼材：超級耐磨鋼SUMIHARD-K系列之K360高強耐磨鋼板。K360其名稱的來源于它的HB(布氏硬度)為360～400，由于低含量的雜質成分使其具有很好的可焊性及可加工性，其化學成分見表1-1：

合金元素CSi MnPCrSTiB

含量0.170.301.450.0150.190.0060.02≤0.0018

表1-1 K360高強耐磨鋼化學成分(wt%)

K360低碳耐磨鋼含碳量雖較低(≤0.20%)，但由于加入了一些強碳化物形成元素，通過綜合合金化，提高了鋼穩定性，同時也提高了鋼的淬透性[3]，其金相組織和SEM組織見圖1。

針對K360鋼特殊的化學成分本文選擇了牌號為YD450(Q)的藥芯CO2氣體保護焊焊絲，其化學成分見表1-2：

成分牌號CMnSiCrMoVPSFe

含量YD450

(Q)0.121.350.573.200.98--0.0150.012余量

表1-2 堆焊焊絲的化學成分(wt%)

3堆焊工藝參數

3.1堆焊工藝參數見表2：

焊絲牌號焊絲直徑

（mm）電流

（A）電壓

（V）氣體流量

（L／h）焊接速度

（mm/sec）

YD450(Q)1.220030253.4

表2堆焊工藝參數

3.2堆焊坡口形式見圖1

4堆焊層的金相組織

圖3為YD450(Q)藥芯堆焊焊絲堆焊層的金相組織，圖4為其XRD譜。

由圖可見，堆焊層基體組織比較細小。由圖4的YD450(Q)堆焊層的XRD譜中的較高ɑ-Fe峰可知，堆焊層中的基體組織中含有大量的馬氏體組織，同時我們還可以看到，堆焊層含有少量的Cr5B3和Cr23C6硬質相，使焊層的硬度得到了一定程度的提高。

YD450(Q)焊絲屬于鐵基Cr-Mo系低碳低合金鋼堆焊合金，在一般冷卻速度下，堆焊金屬組織以珠光體(索氏體或屈氏體)為主，合金元素較多或冷卻速度較高時，出現馬氏體使硬度提高。碳是鐵基堆焊合金中最重要的合金元素，當含碳量小于0.8％時，加入少量Cr、Mo、Mn、V、Ni、Ti、B等合金元素后，堆焊層中的奧氏體在480℃以下轉變成馬氏體，強度和硬度都很高，耐磨性好，稱為馬氏體堆焊合金。由于YD450(Q)含有Mn、Mo等元素，使其具有“自淬硬”性能，而且焊后冷卻速度較快，形成的基體組織為馬氏體。同時強碳化物形成元素Mo，使鋼在過冷奧氏體轉變時，首先在奧氏體晶界和晶粒內部析出合金元素的碳化物，Mo鋼中Fe21Mo2C6在680～620℃范圍生成，當中強碳化物形成元素鉻的含量較高時，析出碳化物Cr7C3、Cr23C6或富鉻的合金滲碳體。由于焊絲的成分屬于含鉬、鉻的亞共析鋼，并且含量相對較高，組織中形成的碳化物穩定性較高，而且穩定性高的碳化物具有高熔點、高分解溫度，難于溶入固溶體，對長大過程中的奧氏體晶粒具有切割作用，隨后在焊接冷卻條件下冷卻速度快，過冷奧氏體轉變極細的板條馬氏體組織。因此YD450(Q)焊絲堆焊層的金相組織為板條馬氏體＋少量彌散碳化物。

5堆焊層表面硬度

按標準GB/T984-2001在堆焊層上選擇了5點進行硬度測定，其值見表3。

序號12345平均值

YD450(Q)40.039.138.937.536.738.4

表3堆焊層表面硬度（HRC）

6硬度試驗

采用55mm×10mm×10mm的標準U型缺口沖擊試樣對堆焊層和K360鋼進行沖擊試驗，對比分析堆焊層及母材的沖擊韌性，其沖擊試驗結果如表4所示。

試樣編號YD450(Q)K360表面K360心部

1108.799.8119.7

2110.492.8122.7

3110.5106.4121.7

平均值109.999.7121.4

表4堆焊層及母材沖擊韌度αk （單位：J/cm2）

從表4可以看出，YD450(Q)焊絲的堆焊層的沖擊韌度數值較大，韌性較好。母材心部與表面的沖擊韌度不同，是由于其在熱加工過程中表面的冷卻速度較快形成的馬氏體組織，而心部冷卻速度較表面慢，形成了一定數量的珠光體組織，使基體的韌性得到了一定程度的提高。從上述實驗結果我們可以看出，YD450(Q)焊絲堆焊層的韌性比母材表面的韌性高而低于其心部的韌性，可以達到設計要求。

7結論

采用YD450(Q)焊絲作為K360低碳耐磨鋼的堆焊修復材料，其硬度、微觀組織及沖擊韌度均與母材相近，能夠滿足生產需要，可以作為修補K360鋼的堆焊材料。

參考文獻

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