K360钢表面磨损堆焊的研究

摘要：针对刮板运输机中部槽中板在长时间工作作业后，磨损失效的情况，合理的选用了一种药芯焊丝，最终经试验证明堆焊层具有和母材同样的硬度、冲击韧度等性能，满足实际工作需要，有着可观的经济效益。

关键词：K360；堆焊；磨损

1前言

磨损是机械零件失效最主要的方式之一，其占零件失效总量的60%～80%。据有关专家估计，全世界约有 1/3～1/2 的能源以各种形式消耗在摩擦上[1]。由于摩擦导致磨损失效约占设备损坏的 70％～80％[2]，每年损失都在上千亿美元。由此可见，机器零件的摩擦磨损，是构成能源与材料大量损耗的主要因素。因此，防止机器零部件的磨损损失以及对已磨损的零件进行合理的修复工作，已经引起了世界各国科学工作者的广泛关注。

本论文针对运输机中部槽中板，在使用中需承受拉、压、弯曲冲击、摩擦和腐蚀等多种作用，所以局部磨损非常严重，造成中部槽中板过早失效，不能保证正常生产要求的现状，研究了其堆焊修复工艺。

2母材及焊材

刮板运输机中部槽中板的材质为来自日本的进口钢材：超级耐磨钢SUMIHARD-K系列之K360高强耐磨钢板。K360其名称的来源于它的HB(布氏硬度)为360～400，由于低含量的杂质成分使其具有很好的可焊性及可加工性，其化学成分见表1-1：

合金元素 C Si Mn P Cr S Ti B

含量 0.17 0.30 1.45 0.015 0.19 0.006 0.02 ≤0.0018

表1-1 K360高强耐磨钢化学成分(wt%)

K360低碳耐磨钢含碳量虽较低(≤0.20%)，但由于加入了一些强碳化物形成元素，通过综合合金化，提高了钢稳定性，同时也提高了钢的淬透性[3]，其金相组织和SEM组织见图1。

针对K360钢特殊的化学成分本文选择了牌号为YD450(Q)的药芯CO2气体保护焊焊丝，其化学成分见表1-2：

成分 牌号 C Mn Si Cr Mo V P S Fe

含量 YD450

(Q) 0.12 1.35 0.57 3.20 0.98 -- 0.015 0.012 余量

表1-2 堆焊焊丝的化学成分(wt%)

3堆焊工艺参数

3.1堆焊工艺参数见表2：

焊丝牌号 焊丝直径

（mm） 电流

（A） 电压

（V） 气体流量

（L／h） 焊接速度

（mm/sec）

YD450(Q) 1.2 200 30 25 3.4

表2堆焊工艺参数

3.2堆焊坡口形式见图1

4堆焊层的金相组织

图3为YD450(Q)药芯堆焊焊丝堆焊层的金相组织，图4为其XRD谱。

由图可见，堆焊层基体组织比较细小。由图4的YD450(Q)堆焊层的XRD谱中的较高-Fe峰可知，堆焊层中的基体组织中含有大量的马氏体组织，同时我们还可以看到，堆焊层含有少量的Cr5B3和Cr23C6硬质相，使焊层的硬度得到了一定程度的提高。

YD450(Q)焊丝属于铁基Cr-Mo系低碳低合金钢堆焊合金，在一般冷却速度下，堆焊金属组织以珠光体(索氏体或屈氏体)为主，合金元素较多或冷却速度较高时，出现马氏体使硬度提高。碳是铁基堆焊合金中最重要的合金元素，当含碳量小于0.8％时，加入少量Cr、Mo、Mn、V、Ni、Ti、B等合金元素后，堆焊层中的奥氏体在480℃以下转变成马氏体，强度和硬度都很高，耐磨性好，称为马氏体堆焊合金。由于YD450(Q)含有Mn、Mo等元素，使其具有“自淬硬”性能，而且焊后冷却速度较快，形成的基体组织为马氏体。同时强碳化物形成元素Mo，使钢在过冷奥氏体转变时，首先在奥氏体晶界和晶粒内部析出合金元素的碳化物，Mo钢中Fe21Mo2C6在680～620℃范围生成，当中强碳化物形成元素铬的含量较高时，析出碳化物Cr7C3、Cr23C6或富铬的合金渗碳体。由于焊丝的成分属于含钼、铬的亚共析钢，并且含量相对较高，组织中形成的碳化物稳定性较高，而且稳定性高的碳化物具有高熔点、高分解温度，难于溶入固溶体，对长大过程中的奥氏体晶粒具有切割作用，随后在焊接冷却条件下冷却速度快，过冷奥氏体转变极细的板条马氏体组织。因此YD450(Q)焊丝堆焊层的金相组织为板条马氏体＋少量弥散碳化物。

5堆焊层表面硬度

按标准GB/T984-2001在堆焊层上选择了5点进行硬度测定，其值见表3。

序号 1 2 3 4 5 平均值

YD450(Q) 40.0 39.1 38.9 37.5 36.7 38.4

表3堆焊层表面硬度（HRC）

6硬度试验

采用55mm×10mm×10mm的标准U型缺口冲击试样对堆焊层和K360钢进行冲击试验，对比分析堆焊层及母材的冲击韧性，其冲击试验结果如表4所示。

试样编号 YD450(Q) K360表面 K360心部

1 108.7 99.8 119.7

2 110.4 92.8 122.7

3 110.5 106.4 121.7

平均值 109.9 99.7 121.4

表4堆焊层及母材冲击韧度αk （单位：J/cm2）

从表4可以看出，YD450(Q)焊丝的堆焊层的冲击韧度数值较大，韧性较好。母材心部与表面的冲击韧度不同，是由于其在热加工过程中表面的冷却速度较快形成的马氏体组织，而心部冷却速度较表面慢，形成了一定数量的珠光体组织，使基体的韧性得到了一定程度的提高。从上述实验结果我们可以看出，YD450(Q)焊丝堆焊层的韧性比母材表面的韧性高而低于其心部的韧性，可以达到设计要求。

7结论

采用YD450(Q)焊丝作为K360低碳耐磨钢的堆焊修复材料，其硬度、微观组织及冲击韧度均与母材相近，能够满足生产需要，可以作为修补K360钢的堆焊材料。

参考文献

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