氧乙炔鎳基合金粉末噴焊處理技術(shù)在犁鏵刃表面的應(yīng)用研究

叢錦玲，王維新，李景彬

（石河子大學(xué)機械電氣工程學(xué)院，石河子832003）

氧乙炔鎳基合金粉末噴焊處理技術(shù)在犁鏵刃表面的應(yīng)用研究

叢錦玲，王維新，李景彬

（石河子大學(xué)機械電氣工程學(xué)院，石河子832003）

利用氧乙炔鎳基合金粉末表面熔敷技術(shù)，對犁鏵刃表面進行處理，從而提高犁鏵刃耐磨抗蝕性能；對噴焊層進行顯微組織觀察和硬度及耐磨抗蝕性能實驗，結(jié)果表明：經(jīng)過鎳基合金粉末表面噴焊工藝處理過的犁鏵刃，硬度達HRC60，顯微組織顯示耐磨性提高；田間試驗表明使用壽命可提高2～3倍。

氧乙炔鎳基合金粉末；噴焊；犁鏵刃

磨損是材料三種主要失效形式之一，是指摩擦副表面做相對運動時由于機械或化學(xué)作用所引發(fā)的材料脫落現(xiàn)象。當(dāng)零部件磨損到一定程度，設(shè)備就不能正常工作，甚至發(fā)生事故。材料及其構(gòu)件由于磨損與腐蝕引起早期失效與報廢，造成能源與材料的消耗十分驚人，近年來，各國對此先后進行過調(diào)查和統(tǒng)計表明，僅磨損和腐蝕造成的損失就占國民經(jīng)濟總產(chǎn)值的2%～4%［1］。按磨損失效的原因、性質(zhì)和程度，磨損分為以下4種：磨粒磨損、粘著磨損、表面疲勞磨損、腐蝕－機械磨損。在這4類磨損中，以磨粒磨損最為嚴重；在所有因磨損失效的零件中，磨粒磨損占40%～50%［3］，可見磨粒磨損對零部件的危害之大不容忽視。

在耕地作業(yè)過程中，犁鏵刃直接與土壤、沙石接觸，造成了嚴重的磨粒磨損。為了提高犁鏵刃表面硬度和耐磨性，傳統(tǒng)的熱處理通常采用滲碳、表面淬火等工藝使表面強化。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是新材料制備技術(shù)和高能束設(shè)備等的出現(xiàn)，表面處理技術(shù)取得了飛速的發(fā)展。

犁鏵刃材料一般采用堅硬、耐磨，即具有高強度和韌性的鋼材，如65錳鋼或65硅錳稀土鋼，刃口部分須經(jīng)熱處理。如果采用犁鏵刃表面熔敷處理技術(shù)，在磨損部位采取熱噴涂技術(shù)表面處理工藝，以及熔敷性能較好的耐磨材料，可以提高其耐磨性，大大提高其使用壽命。

1 氧乙炔鎳基合金粉末噴焊處理技術(shù)

1．1 熔敷材料的選擇

噴焊材料選用上海斯米克焊材有限公司生產(chǎn)的Ni－Cr－B－Si系F102鎳基自熔性合金粉末。F102是中等硬度的鎳鉻硅硼合金粉末，其自熔性好，噴焊層耐蝕，抗高溫氧化性能較好，耐金屬間磨損性能優(yōu)良，用特殊刀可以切削加工，適用于氧乙炔火焰噴焊工藝，常用于耐磨、耐蝕件的修復(fù)或預(yù)防性保護，以及在650℃以下環(huán)境中具有良好性能的場合，粉末熔化度為1000℃，噴焊層硬度HRC＞55，熔點900～1100℃，粒度150～300目。噴焊合金層的熱脹系數(shù)與碳鋼的線脹系數(shù)基本接近，可以保證在焊后的冷卻過程中，基體與焊層的收縮基本同步。

1．2 噴焊工藝

氧乙炔火焰粉末噴焊設(shè)備簡單、工藝靈活、操作簡單、適應(yīng)性強，考慮到鑄件缺陷具有形態(tài)多樣性、位置不確定性，采用手工操作更為適合，在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用較為廣泛［2］。由于母材面積小且要盡量減少變形，故采用氧乙炔焰"一步法"噴焊工藝。主要工藝過程如下：工件表面制備、預(yù)熱、噴粉、重熔、冷卻和噴熔層后加工。

1．3 噴焊設(shè)備

氧乙炔火焰金屬粉末噴焊設(shè)備主要包括噴焊槍、氧氣和乙炔供給裝置。本實驗采用上海焊割工具廠生產(chǎn)的QH－2／h型噴焊槍。其送粉方式為火焰混合氣送粉，粉末通過焰心時受熱均勻，溫度高。

1．4 工藝參數(shù)

根據(jù)缺陷部位大小和鑄件尺寸選擇噴嘴，調(diào)整氣體壓力，使設(shè)備進入使用狀態(tài)，主要工藝參數(shù)為：氧氣壓力0．4MPa，乙炔壓力0．6MPa，送粉量1．5 kg／h，噴距20mm，預(yù)熱溫度250～300℃，工件溫度700～800℃，噴嘴口徑1．9mm，涂層厚度1．0～2．0mm。

1．5 預(yù)熱及噴粉預(yù)保護

將噴焊槍調(diào)整成弱碳化焰或中性焰，加熱待補焊表面至250～300℃（工件表面目視灰黃色）時，隨即在其上均勻熔敷一層厚度為0．1～0．2mm的致密保護粉，覆蓋要完整。

1．6 噴熔

采用一步噴焊法，調(diào)整好火焰后，將火焰保持中性焰，把槍口放低，噴嘴與工件表面夾角75°～85°，距犁鏵刃表面約20mm（以焰心不碰基面為準）作圓周運動，圓的直徑約在5～15mm左右，將圓內(nèi)的犁鏵刃面加熱到500℃以上，按一下送粉閥，邊噴粉邊熔化。第1個圓與第2個圓的圓心距宜在5mm左右，視所需的焊層厚度與送粉量而變。送粉量與圓周運動的速度視工件面與焊層的溫度而定。一般情況下送粉量小焊層表面易平整。重熔時，必須保證噴上去的粉末達到熔化狀態(tài)，即出現(xiàn)“鏡面反光”，但不能產(chǎn)生溢流出現(xiàn)波浪狀，更不能把焊層吹開露出基材面。此時移動焊槍，繼續(xù)噴焊。噴粉和熔化可交替進行直至達到噴層厚度。

1．7 熱效驗法檢驗

噴熔完成后，可用火焰沿噴焊表面快速加熱一周觀察，若有個別部位明顯泛紅快于其它部位，則表明該處焊粉與基體結(jié)合不好，此時應(yīng)迅速加熱此處使其熔化，保證噴熔質(zhì)量。

2 實驗結(jié)果與分析

2．1 硬度實驗

根據(jù)國標GB／T9790－1988進行，實驗設(shè)備型號為HR150數(shù)字式顯微硬度計。

試樣：在65Mn基體材料上噴涂涂層厚度為0．6～0．8mm，在磨料磨損后的試塊上截取尺寸為15 mm×10mm×10mm的試塊，在砂輪上磨平倒角，之后依次用20、500、600、800粒度的五道砂紙打磨，無劃痕后再使用拋光機對試塊拋光，拋光后依次用清水、酒精沖洗試塊，用10%的硝酸及溶液腐蝕要觀察的試塊表面120s左右。經(jīng)酒精沖洗干凈后用吹風(fēng)機吹干其表面，在金相顯微鏡上對試塊進行顯微組織觀察，放大倍數(shù)為400倍，并照金相照片。測硬度時，調(diào)整視場打5個壓痕點，然后取其平均值?？梢缘贸鋈蹖佑捕葹镠RC60（表2）。

表2 熔層硬度 （HRC）

2．2 焊層顯微組織分析實驗

噴焊層的顯微組織如圖1所示。由圖1可見：該組織是由鎳基固溶體和大量的硼化物、碳化物及層片狀共晶產(chǎn)物組成，鎳基固溶體強度和硬度大，也具有較好的韌性和自潤滑性能，保證噴焊層有較高的強度而不易斷裂；硼化物和碳化物晶粒較細，彌散的分布在鎳基固溶體基體中起到強化相的作用，使噴焊層具有較好的耐磨性和減摩性能；較細層片狀的共晶組織均勻分布于固溶體基體，進一步提高了強度和硬度。對比65Mn鋼等溫淬火下貝氏體顯微組織（圖2），由于奧氏體轉(zhuǎn)變溫度很低，碳在奧氏體中擴散困難，只能在鐵素體的某些晶面上偏聚，分布不均勻，使基體的強度和硬度大大下降，耐磨性較差。

圖1 噴焊層顯微組織Fig．1The Spurt－layer microstructure

圖2 65Mn顯微組織Fig．2The 65Mn microstructure

2．3 田間試驗

2009年7月25日至31日，在石河子大學(xué)實驗場一連二十號輪作區(qū)三號地進行田間試驗。土壤狀態(tài)：沙土條田，秋翻麥茬地；用TDR200土壤水分測定儀測得土壤含水率為7．51%，用SC－900土壤緊實度儀測得土壤緊實度為168MPa，呈中度板結(jié)，含砂量中等，土壤的犁耕比阻42kPa。

在同等土壤條件下由東方紅802型拖拉機牽引未熔敷耐磨層翻轉(zhuǎn)犁和熔敷耐磨層翻轉(zhuǎn)犁進行對比試驗，耕地總面積為40hm2。當(dāng)犁鏵刃口厚度為3 mm時，犁鏵阻力增加20%，機組油耗增加10%，犁的耕深淺了15%。以此為測試基準，未熔敷耐磨層犁鏵刃口厚度達到3mm時，作業(yè)面積僅為4．2 hm2，而熔敷耐磨層犁鏵刃口厚度達到3mm時，其作業(yè)面積高達9．8hm2，表明熔敷耐磨層犁鏵刃面的使用壽命比未熔敷的提高了2．3倍。

3 結(jié)論

犁鏵是農(nóng)業(yè)耕作機械中的重要部件，又是需求量較大的磨損消耗件。通過氧乙炔鎳基自熔合金粉末熔敷處理技術(shù)對犁鏵刃進行表面處理，金相組織分析表明其顯微組織由鎳基固溶體和大量的硼化物、碳化物及骨骼狀共晶組成，耐磨性遠高于65Mn。其熔層硬度為HRC60，比經(jīng)未熔敷處理的鏵刃面硬度提高了30%。田間試驗表明：熔敷后的犁鏵刃比未處理的犁鏵刃在實際生產(chǎn)中提高了2～3倍的生產(chǎn)率。氧乙炔鎳基合金粉末噴焊處理技術(shù)作為一種表面防護和強化技術(shù)，可以有效地解決犁鏵刃面易磨損的問題，具有很好的使用推廣前景。

［1］顧迅．現(xiàn)代表面技術(shù)的涵義、分類和含義［J］．金屬熱處理，1999（2）：1－4．

［2］顧朝陽，翟衛(wèi)平．氧乙炔焰金屬粉末噴焊技術(shù)的應(yīng)用［J］．山東建材，1999（2）：31－32．

［3］胡怡．噴焊材料對OCr13Ni4Mo鋼表面強化的影響［J］．熱加工工藝，2001（3）：43－46．

［4］徐濱士，馬世寧，梁秀兵．表面工程的進展［J］．金屬熱處理，2002，27（7）：1－3．

［5］詹長書．熱噴焊技術(shù)工藝設(shè)計及其應(yīng)用［J］．森林工程，2003，19（3）：39－40．

［6］陳家本．船舶焊接技術(shù)的進展及對再發(fā)展的建議［J］．造船技術(shù)，2004（3）：29．

［7］丁成鋼，王暉，劉強，陳春煥．鎳基合金粉末氧乙炔火焰噴焊層的組織研究［J］．大連鐵道學(xué)院學(xué)報，2005（3）：15．

［8］孫驅(qū)云，宋東陽，孫大毅．氧乙炔焰粉末噴涂工藝［J］．水利電力機械，2006（2）：52－53．

［9］蘇志俊，袁慶龍，毛洪玲，等．鎳基自熔合金噴熔試驗［J］．鑄造技術(shù)，2009（4）：47－49．

Oxy－acetylene Ni－based Alloy Powder to Spurt Welds the Processing Treat with Technology Used on the Plough－share Edge

CONG Jinling，WANG Weixin，LI Jinbin
（College of Mechanical and Electrical Engineering，Shihezi University，Shihezi 832003，China）

Surface wear－resistive creating technology of oxy－acetylene Ni－based alloy powder was used to treat the plough－share edge so as to enhance the wear resistance and corrosion resistance of plough－share edge surface．And on microstructures，rigidity，wear resistance are and cauterization of spray－welding，and come to a conclusion：the plough－share edge treated with the spray－welding technics technology of Oxy－acetylene Ni－based alloy powder can enhance 2－3times the life－span than that which is unsettled．

oxy－acetylene Ni－based alloy powder；spurt welds the processing；plough－share edge

TG425．2

A

2009－04－16

叢錦玲（1975－），女，講師，從事農(nóng)業(yè)機械熱處理研究；e－mail：congjl＿shz＠sina．com。