Fe-Cr-C耐磨堆焊材料特殊工艺及在起重机车轮修复中的应用介绍
2016-09-05撰文龙丹
撰文/龙丹
■510405 广州起重机械有限公司 广东 广州
Fe-Cr-C耐磨堆焊材料特殊工艺及在起重机车轮修复中的应用介绍
撰文/龙丹
■510405 广州起重机械有限公司 广东 广州
随着资源短缺、环保要求和技术发展，磨损零件的再制造修复新技术的开发越来越迫切、应用也越来越广泛，本文介绍了为适应这样需求而进行的科技开发和成果应用——一种无预热无后热处理的新型合金药芯耐磨堆焊材料及其配套机械化工艺设备在起重机械零部件修复中的应用和特点介绍。关键词：特殊工艺；起重机零件；修复；堆焊；自动转台
随着科学技术和现代工业的高速发展，机械设备所承受的载荷越来越大、设备运转速度越来越高，零件磨损的速度急剧提升，重载工件的使用寿命成为影响现代工业设备生产效率的重要因素。据统计，世界工业化发达国家约30%的能源是以不同形式磨损消耗，如美国每年因此造成的损失约1000亿美元。我国仅在轨道交通、起重运输、冶金、矿山、电力、煤炭和农机部门，每年由于工件磨损而造成的经济损失约400亿人民币。因此研究和发展耐磨材料，以减少金属磨损，对国民经济的发展有着重要意义。
起重机械属于重载设备，设备运转中磨损严重、零件远没达到疲劳极限就因磨损而报废更换，由于产品的附加值低和修复技术落后且成本高等限制，起重机行业在这方面迈出的步伐缓慢，针对这种现况，我们进行了专项零部件修复项目的技术开发和工艺装备的应用，在起重机械零部件修复上取得了一定的成果。
产品基础状况介绍
我国堆焊材料方面的突出特点是“焊条多焊丝少、熔炼焊剂多烧结焊剂少、实心焊丝少”，而堆焊设备方面的现状则是“改装设备多专用设备少、机械化设备多智能化设备少”，因此，无论堆焊材料的品种和质量，还是堆焊设备的自动化、智能化水平等方面均亟待发展和提高，其中国内堆焊药芯焊丝制备的修复层在硬度、耐磨性、抗腐蚀性、脱渣性等方面都存在不足，堆焊层使用寿命相对国外产品较低。国内研发生产的药芯焊丝合金体系一般以高合金成分来保证堆焊层性能，致使成本过高，所以一般修复工程仅应用于高附加值的产品修复中，且性能也不太稳定。我们研发的新型低成本无预热后热处理耐磨修复焊材，产品具有自硬化功能，填补国内空白，自主开发了配套自动化工艺工装设备，为产业化生产提供了基本保证。
产品机理及实验检测介绍
通过采用借鉴中乌巴顿所先进药芯焊丝配方及制备技术，针对中国国内原材料的特征，以Fe-Cr-C合金体系为基础，通过引入耐磨增强相（如WC、ZTC等），以较低合金成分和成本获得较高耐磨性；添加的不同成分卤化物和稀土合金等活性剂提高重载工件修复堆焊层的耐磨性、耐蚀性及其他物理机械性能的影响，最终实现制备低成本和耐磨耐蚀综合性能优异的堆焊药芯焊丝。制取的堆焊层并具有自硬化效应，耐磨性和耐蚀性等综合性能优异，新型耐磨药芯焊丝不仅具有低合金、低成本和细直径的优势，还可更好的利用我国本土资源，为再制造行业提供了一种经济实用、性能优异的修复耐磨新材料。自主开发设计生产的车轮修复自动焊接转台已获得专利认证，可以很好的配合焊材实现自动修复工艺工程。
a堆焊层显微组织及硬质相粒子分布
图2 自生硬质相颗粒分布与形貌
b堆焊层硬度
试验号 1点2点3点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摩擦磨损试验
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d 力学性能试验
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以上实验数据表明修复后的产品比我们原来产品的强度、韧塑性、耐磨性能等都有大幅的提升，是一种性能优良的修复材料。
产品工艺特点介绍
a采用氩气+二氧化碳混合气体保护焊
b使用国内原材料替代进口材料、低合金配方，实现焊材的低成本经济价值。
c修复零件的材料适用性广泛，除了常规可焊性好的低碳低合金钢，还适用中高碳钢合金铸钢（如45、55号钢、ZG340-640等材料）的堆焊修复处理。
d无需预热后热处理——无论碳当量高的材料还是不同厚度（几毫米～几百毫米）全部常温冷态下直接堆焊处理，堆焊组织良好，无需预热处理，焊后也不用缓冷处理和再次热处理。
e堆焊层良好的加工性能——堆焊层在一般硬度在20～26HRC范围，有很好的加工切削性能。
f堆焊层自硬化功能——对于起重机车轮这类需要进行淬火处理的零件，新型材料的堆焊层有冲击或振动后表面自硬化功能，硬度可达车轮踏面硬度要求从而取代了淬火热处理工艺。
g自动焊接转台，可以适应不同规格车轮及其不同磨损部位的堆焊需要，电动调节，提高生产效率减少劳动强度，提升堆焊质量，减少焊材的浪费。
产品经济效益和意义
a原材料供给充足便宜经济，低合金成分低成本，是同类修复产品不到一半的成本。
b使用普通的二氧化碳焊机，无需特殊焊接设备；人工操作简单不用专门培训。
c材料适应范围广，可以拓展到其他产品和行业的零部件修复工程。
d工艺过程不需要热处理，提高了生产效率降低劳动强度，大幅有效的减少生产工艺成本。
e配套工装转台，可实现自动化产业化生产，提供生产效率，方便推广应用。
f实现了低成本、小耗能、省材料、再利用资源的经济环保工程。
g填补了国内此项技术的空白。
以上的经济和工艺特点，解决了低附加值大型产品零件的修复和性能提升的技术困境，提供了一种经济实用、性能优异的优质产品，填补了国内此项技术的空白，为实现循环经济、节能减排和可持续发展的再制造产业快速发展贡献了一份力量。
参考：
［1］JBT 6392-2008 起重机车轮.
