Fe-Cr-C耐磨堆焊材料特殊工藝及在起重機車輪修復中的應用介紹

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中的應用介紹

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、環保要求和技術發展，磨損零件的再制造修復新技術的開發越來越迫切、應用也越來越廣泛，本文介紹了為適應這樣需求而進行的科技開發和成果應用——一種無預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備在起重機械零部件修復中的應用和特點介紹。關鍵詞：特殊工藝；起重機零件；修復；堆焊；自動轉臺

隨著科學技術和現代工業的高速發展，機械設備所承受的載荷越來越大、設備運轉速度越來越高，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代工業設備生產效率的重要因素。據統計，世界工業化發達國家約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、煤炭和農機部門，每年由于工件磨損而造成的經濟損失約400億人民幣。因此研究和發展耐磨材料，以減少金屬磨損，對國民經濟的發展有著重要意義。

起重機械屬于重載設備，設備運轉中磨損嚴重、零件遠沒達到疲勞極限就因磨損而報廢更換，由于產品的附加值低和修復技術落后且成本高等限制，起重機行業在這方面邁出的步伐緩慢，針對這種現況，我們進行了專項零部件修復項目的技術開發和工藝裝備的應用，在起重機械零部件修復上取得了一定的成果。

產品基礎狀況介紹

我國堆焊材料方面的突出特點是“焊條多焊絲少、熔煉焊劑多燒結焊劑少、實心焊絲少”，而堆焊設備方面的現狀則是“改裝設備多專用設備少、機械化設備多智能化設備少”，因此，無論堆焊材料的品種和質量，還是堆焊設備的自動化、智能化水平等方面均亟待發展和提高，其中國內堆焊藥芯焊絲制備的修復層在硬度、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品較低。國內研發生產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，所以一般修復工程僅應用于高附加值的產品修復中，且性能也不太穩定。我們研發的新型低成本無預熱后熱處理耐磨修復焊材，產品具有自硬化功能，填補國內空白，自主開發了配套自動化工藝工裝設備，為產業化生產提供了基本保證。

產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，針對中國國內原材料的特征，以Fe-Cr-C合金體系為基礎，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，最終實現制備低成本和耐磨耐蝕綜合性能優異的堆焊藥芯焊絲。制取的堆焊層并具有自硬化效應，耐磨性和耐蝕性等綜合性能優異，新型耐磨藥芯焊絲不僅具有低合金、低成本和細直徑的優勢，還可更好的利用我國本土資源，為再制造行業提供了一種經濟實用、性能優異的修復耐磨新材料。自主開發設計生產的車輪修復自動焊接轉臺已獲得專利認證，可以很好的配合焊材實現自動修復工藝工程。

a堆焊層顯微組織及硬質相粒子分布

圖2　自生硬質相顆粒分布與形貌

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 力學性能試驗

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以上實驗數據表明修復后的產品比我們原來產品的強度、韌塑性、耐磨性能等都有大幅的提升，是一種性能優良的修復材料。

產品工藝特點介紹

a采用氬氣+二氧化碳混合氣體保護焊

b使用國內原材料替代進口材料、低合金配方，實現焊材的低成本經濟價值。

c修復零件的材料適用性廣泛，除了常規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）的堆焊修復處理。

d無需預熱后熱處理——無論碳當量高的材料還是不同厚度（幾毫米～幾百毫米）全部常溫冷態下直接堆焊處理，堆焊組織良好，無需預熱處理，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自動焊接轉臺，可以適應不同規格車輪及其不同磨損部位的堆焊需要，電動調節，提高生產效率減少勞動強度，提升堆焊質量，減少焊材的浪費。

產品經濟效益和意義

a原材料供給充足便宜經濟，低合金成分低成本，是同類修復產品不到一半的成本。

b使用普通的二氧化碳焊機，無需特殊焊接設備；人工操作簡單不用專門培訓。

c材料適應范圍廣，可以拓展到其他產品和行業的零部件修復工程。

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

e配套工裝轉臺，可實現自動化產業化生產，提供生產效率，方便推廣應用。

f實現了低成本、小耗能、省材料、再利用資源的經濟環保工程。

g填補了國內此項技術的空白。

以上的經濟和工藝特點，解決了低附加值大型產品零件的修復和性能提升的技術困境，提供了一種經濟實用、性能優異的優質產品，填補了國內此項技術的空白，為實現循環經濟、節能減排和可持續發展的再制造產業快速發展貢獻了一份力量。

參考：

［1］JBT 6392-2008 起重機車輪.