天津舜榮焊接出來科技有限公司
碳化鈮輥壓機工作層堆焊焊絲特點及應用
摘要研發了一種用于擠壓輥耐磨花紋堆焊焊絲，介紹分析了堆焊層的組織、硬度、化學成分、抗裂性能及其實際使用情況。
關鍵詞：輥壓機、耐磨堆焊、碳化鈮
輥壓機工作原來：就是加入的物料通過兩個反向旋轉的磨輥間隙時，在高壓作用下，被粉碎。當此應力超過材料疲勞強度時，在表層形成裂紋，裂紋擴展、連接、剝落，產生疲勞磨損，最終導致擠壓輥不能正常工作。
根據擠壓輥的磨損形式及特點，吸取國內外廠家的現場使用經驗，我公司嘗試采用碳化鈮代替高碳鉻，開發新型輥壓機耐磨花紋工作層堆焊焊絲。
與普通高鉻鑄鐵型堆焊焊絲相比，選用碳化鈮作為硬質相的優勢：
首先，高鉻合金鑄鐵堆焊材料由于鉻和碳含量高，組織中的高硬度Cr7C3碳化物顯微硬度高，依靠高硬度的碳化物來抵抗磨損，但碳化鉻脆，對堆焊基體的割裂作用大，容易造成掉塊和大面積剝落。
其次，與碳化鉻相比，碳化鈮焊縫韌性更好，能達到即耐磨又抗高應力沖擊的目的。
試驗方法
2.1硬度試驗
采用HRC-150型洛氏硬度計測量試樣焊態硬度，試樣為經打磨、拋光的金相試樣。載荷為150KG（HRC），加載時間為5 s，保荷時間為3 s，每個試樣連續測定5個點，取算術平均值。兩壓痕中心間的距離或任一壓痕中心距試樣邊緣的距離不小于3 mm。結果見表1。
表1 兩種焊絲宏觀硬度HRC
NbC輥壓機耐磨花紋焊絲 | Cr7C3耐磨花紋焊絲 |
60-63 | 58-63 |
2.2金相分析
選用碳化鈮（NbC）來代替碳化鉻。碳化鈮顯微硬度為2400Hv，比碳化鉻更耐磨。碳化鈮可細化堆焊層晶粒，提高堆焊層韌性和抗沖擊性。另外，碳化鈮比碳化鉻尺寸更小見圖1，這樣就能保證高抗磨性的同時，最大限度的降低了焊縫的開裂傾向。通過SEM和XRD 可確定堆焊層組織為馬氏體和殘余奧氏體分布大量的NbC硬質相 圖1 堆焊層掃描電鏡SEM
電子圖像
2.3磨損試驗
堆焊層利用線切割方法制取尺寸為57mm×25mm×5mm的試樣作為磨料磨損試樣。磨粒磨損試驗采用MLS-225型濕式橡膠輪磨粒磨損試驗機，為典型的三體磨粒磨損：磨粒（石英砂）在橡膠輪和試件表面流動從而引起磨損。試驗參數如下：橡膠輪轉速為240 r/min、橡膠輪硬度60（邵爾硬度）、載荷為100N，磨料為0.212 mm～0.425 mm的石英砂、預磨損1000轉，精磨4000轉。材料的耐磨性能用磨損的失重來衡量，在試驗前后，將試件放入盛有丙酮溶液的燒杯中，在超聲波清洗儀中清洗3～5 min，干燥后用精度為0.1 mg的塞多利斯BS224S型電子天平稱量。算出磨損前后試件的重量差，即為失重量。取3個試樣的平均值衡量涂層的耐磨性，結果見表2.
表2 磨粒磨損試驗結果
試驗項目 | Cr7C3耐磨花紋焊絲 | 新型NbC焊絲 |
磨損量/g | 0.1311 | 0.0874 |
相對耐磨性 | 1.0 | 1.5 |
由磨粒磨損試驗結果可以知道，由于NbC的加入，堆焊層耐磨性提高1.5倍。
3實際使用效果
我們選擇新型NbC輥壓機耐磨花紋堆焊焊絲，應用水泥廠的輥壓機進行了現場堆焊修復。
圖2 用于舊輥修復
用于舊輥修復
輥壓機原本使用Cr7C3耐磨花紋焊絲采用菱形耐磨條紋，使用3個月后，耐磨花紋磨損消失，后使用NbC輥壓機耐磨花紋焊絲，采用一字型花紋修補，拍攝時已正常使用3個月，耐磨花紋仍清晰可見，使用壽命大大提高。
圖3 用于新輥堆焊
將輥體清理干凈，修補恢復形狀后采用研制的堆焊焊絲對輥面進行堆焊，為減少工作量，降低操作強度，采用人字耐磨條紋，耐磨花紋實際使用平均壽命為4個月。
1. 用NbC代替碳化鉻應用于輥壓機耐磨花紋堆焊，堆焊層硬度可達到60～63HRC，耐磨性提高1.5倍，滿足輥壓機表面的使用要求。