高铬铸铁表面缺陷焊补技术.doc

高铬铸铁表面缺陷焊补技术._I_-Itl同铬铸铁表面缺陷焊补技术王向明,赵四勇,李林,农登,郑飞燕,王海燕(广州有色金属研究院,广东广州510651)摘要:采用手工电弧补焊技术,对高铬铸铁小型磨辊类铸件缺肉缺陷进行修补补焊.选择与铸件同质的高铬铸铁焊条DJ052/D656,焊条直径为4mm,焊接电流为150160A.焊补后的铸件经表面无损探伤检测无裂纹存在,其宏观硬度与基体材料相当,微观组织显示熔合面为较好的冶金结合.关键词:高铬铸铁;表面缺陷;焊补中图分类号:TG250.7文献标识码:B文章编号:10038345(2007)05005403SurfaceDefectsWeldingRepairTechniqueofHiCrCastIronCastingsWANGXiang-ming,ZHAOSi-yong,LILin,NONGDeng,ZHENGFeiyan,WANGHaiyan(GuangzhouNonferroAlloysResearchInstitute,Guangzhou510651,China)Abstract:Thebroken-indefectsofsmallhi-Crcastironmilercastingswererepairedbyadoptingmanualelectricalarcwelding-repairingtechnique.TheDJ052/D656hi-Crcastironweldingrodshavingthesamematerialasthatofthecastings,wereused,andthediameteroftheweldingrodwasof4mm,weldingcurrentwas150-160A.Thesurfacesoftherepairedcastingswerenondestructivelyinspected,nocrackwasdetected,andtheirhardnesswasneartothatofthebasemateria1.Themicrostructureshowedthattheweldingzonewasofarelativelygoodmetallurgicaljunction.Keywords:highCrcastiron;surfacedefect;weldingrepair高铬铸铁因具有高耐磨性能而被广泛应用于各种要求高耐磨的场合.虽然高铬铸铁铸件有收稿日期:20070516修定日期:2007-0814作者简介:王向明(1973一),女,毕业于沈阳工业学院铸造专业,工程师,主要从事耐磨材料及耐磨产品的生产工作,.着良好的铸造性能,但其在铸造过程中也经常会出现各种各样的缺陷,如砂眼,缺肉,裂纹等.这对于要求较高的铸件,特别是大型铸件和出口铸件来说是不能接受的.在不影响铸件的使用情况下,对铸件进行适量和适当的表面修复是有必要和可能的.离远,因此金属基体得不到碳化物的良好保护.(3)由于初晶奥氏体晶粒粗大,在淬火前奥氏体化保温过程中,其中过饱和的c,cr扩散析出远慢于共晶奥氏体,不易达到平衡溶解度,致使随后的空冷淬火过程中,仅部分转变成马氏体,存在有大量残余奥氏体,形成低硬度微区,这对材料的抗磨性不利.参考文献1imb东学,齐笑冰,闫平.提高高铬自VI铸铁件性能的研究与生产实践J.现代铸铁,2005,(2):2.2宛农,董建新,谢锡善.15Cr系高铬铸铁组织特征的热力学分析J.铸造,2005,(4):351355.现代铸铁2007/5【31oNDogma,JAHawk.ThreeTypesofweal-of26CrwhiteCastironJ.AFSTransactions,1998,106:625631.4】JAHawk,RDWilson,JHTylezak,eta1.LaboratoryWearTestingofFerrousandComposites.AFSTransactions,1998,106:656-658.5ZumGahrKarlHeinz,DoaneDouglas.OptimizingFractureT叫ghnessandAbrasionResistanceinWhiteCastIrons.MetallurgicalTransactions,1980,11A(4):613620.6isInthideeh,PSriearoenehai,NSasagurl,eta1.BehaviorofHardnessandRetmnedAusteniteinHeatTreatedHighChromiumCastironforAbrasiveWearResianee.AFSTransactions2004,112:899910.7RLPattyn.HeatTreatmentofHigh-CrWhiteIrons.AFSTransactions1993,101:161167.囊(编辑:周亘)高铬铸铁的表面修复可以有两种方式.其一是使用修补胶或修补膏.此方法操作简单,对基体组织无影响,但具有明显的修补痕迹,修补部分和基体之间也存在硬度和耐磨性的明显差别,不易被客户接受.其二是进行补焊修复.此方法没有明显的修补痕迹,修补部分和基体组织之间的硬度和耐磨性能达到同步,但技术难度大.由于高铬铸铁脆性大,塑性差,用常规的补焊方法和材料是不能满足修补要求的.堆焊作为耐磨材料发展的一种新工艺而得到越来越广泛的应用.此方法是在一般材料表面堆焊高耐磨的耐磨表面,也有在高铬铸铁基体上直接堆焊更高抗磨性的硬质合金的.据报道和实际生产应用证明,都能显着提高抗磨层的耐磨性.但此方法允许堆焊层有裂纹存在,由于堆焊是在铸件热处理后进行的,在堆焊过程中大量的熔接热对母体材料的组织和性能影响很大.显然,堆焊的方式是不能用作修补高铬铸铁的.本试验想通过特殊的焊条配合适当的焊接工艺参数摸索高铬铸铁表面缺陷的修补方法,使修补后的铸件达到表面经无损探伤显示无裂纹存在,同时对基体组织和性能无明显影响的效果.1试验材料1.1基体材料本试验基体材料选用的是常用高铬铸铁,其主要组成成分为:fC12.8%3.2%,(si10.2%0.8%,w(C024%-28%,w(Mn)0.5%-1.2%,w(Ni)0.3%1.0%;宏观硬度58HRC.1.2焊条的选择目前常用的铸铁焊条有镍基,铸铁基,钢及合金钢基.其中镍基焊接材料的焊接性能较好,适于冷焊.其焊缝金属为奥氏体组织,由于奥氏体本身塑性较好,可以缓和铸铁补焊时所产生的焊接应力,从而减少产生裂纹的倾向.但焊后焊缝与基材颜色差异较大,硬度亦较基材低很多.因此为保证焊缝与基材的性能接近,根据等强匹配原则及使用性能要求,我们采用同质高铬铸铁焊条DJ052/DJ656进行补焊.其主要成分为:(Cr)20%35%,w(C)2%4%,其他<l0%,此焊条为碱性药皮,焊接工艺优良,可交直流两用.焊后焊缝具有很高的耐磨性(360HRC)_1j.2试验方法SpecialCastIrons2.1试样的制备母体试样采用小型磨辊类铸件,重量约为100kg,最厚壁厚100mm左右,缺陷为浇道处缺肉.缺陷深度约为l5mm,面积约为80mm.直接在铸件上进行修补补焊.分析试样为本体线切割所得.2.2焊接工艺及参数的选择本试验采用手工电弧补焊的技术.铸铁的焊接陛很差,尤其是白口铸铁.要顺利地进行铸铁补焊,除了合理选用各种铸铁焊条外,还必须采用适当的补焊施工方法.为了减少合金元素的稀释,应采用小电流,快速焊的工艺.但是对于淬硬倾向较强的高铬合金铸铁热输入过小,会增大熔合区的硬化程度,对韧性和防止裂纹不利,极易出现再热裂纹.热焊时应采用大直径焊条,配合采用大电流,快速焊,缩短热焊的时间.焊接时只有选择适中的焊接热输入,才能保证熔合比较小,有效地防止出现再热裂纹.本试验因为进行了焊前预热,因此选用了4,4mm的焊条,焊接电流150160A,对于较深的缺陷采用分层堆焊.由于高铬铸铁的淬硬倾向较强,故焊接应一次快速焊完21.如果焊接时间长,应用石棉布包住保温.焊接过程中要不时用锤子击打焊缝及周边地区,以消除应力,防止裂纹的产生,锤击应在400800进行为宜31.焊接速度和焊接电流的选择需要根据修补件的大小和修补量具体确定.2.3焊补前基材的处理首先焊前应将缺陷表面清除干净,开u形坡口并清理坡口周围的油污,铁锈和其它污物,防止氢溶人焊缝从而防止冷裂纹的产生.坡口在去除缺陷的前提下愈小愈好,其目的是为了减少热影响区硬脆的马氏体组织,避免或减少出现冷裂纹.如果是缺肉缺陷,只需要把表面清理干净即可.2.4焊前预热高铬耐磨铸铁在焊接过程中极易产生裂纹,为了解决这个问题,对工件进行整体预热,即焊前热处理.因常规高铬铸铁本身就需要热处理以2007/5现代铸铁f55SpecialCastIrons改善性能提高硬度,因此补焊可在淬火过程中进行.将高铬铸铁母材加热到500600(出炉补焊,可以有效地减少焊接接头的温差,而且高铬铸铁可由常温完全无塑性改变为有一定塑性,焊接接头应力状态大为改善,从而有效地防止裂纹的产生.2.5焊后热处理焊后应快速进炉继续铸件的热处理过程.3试验结果及分析3.1焊缝的无损检验焊补后通过着色探伤检验.本次试验焊缝及其热影响区均无裂纹产生,证明上述补焊工艺能够满足高铬铸铁缺陷修补的要求.3.2焊补对性能的影响本试验主要考察焊补对宏观硬度的影响.试验表明,焊缝硬度达到5859HRC.硬度检测结果如表1.表1焊缝周边的硬度分布Tab,1Hardnessdistributionofareaaroundtheweldseam测试点12345678HRS81S83S8.5592S94S96600593测试点从基体主修补中心顺延,间隔3mm.3.3显微组织分析本试验对修补的横断面作了微观分析.图1是基材的显微组织,主要组织为马氏体和板条状的M,C型碳化物.图2是堆焊层的显微组织,从其主要化学成分来看,主要组织也为马氏体和板条状的M,C型碳化物.堆焊层中有显微缩松存在.图3是堆焊结合层的显微组织,从图中可以看出,结合层表现为良好的冶金结合.56I现代铸铁2007/54结论(1)高铬铸铁的表面缺陷是可以通过焊补修复的;(2)高铬铸铁的表面缺陷在焊接修补过程中,要根据铸件的大小,壁的厚薄选择适当的焊接电流和焊接速度等工艺参数;(3)选择适当的工艺焊补