氧乙炔镍基合金粉末喷焊处理技术在犁铧刃表面的应用研究

丛锦玲，王维新，李景彬

（石河子大学机械电气工程学院，石河子832003）

氧乙炔镍基合金粉末喷焊处理技术在犁铧刃表面的应用研究

丛锦玲，王维新，李景彬

（石河子大学机械电气工程学院，石河子832003）

利用氧乙炔镍基合金粉末表面熔敷技术，对犁铧刃表面进行处理，从而提高犁铧刃耐磨抗蚀性能；对喷焊层进行显微组织观察和硬度及耐磨抗蚀性能实验，结果表明：经过镍基合金粉末表面喷焊工艺处理过的犁铧刃，硬度达HRC60，显微组织显示耐磨性提高；田间试验表明使用寿命可提高2～3倍。

氧乙炔镍基合金粉末；喷焊；犁铧刃

磨损是材料三种主要失效形式之一，是指摩擦副表面做相对运动时由于机械或化学作用所引发的材料脱落现象。当零部件磨损到一定程度，设备就不能正常工作，甚至发生事故。材料及其构件由于磨损与腐蚀引起早期失效与报废，造成能源与材料的消耗十分惊人，近年来，各国对此先后进行过调查和统计表明，仅磨损和腐蚀造成的损失就占国民经济总产值的2%～4%［1］。按磨损失效的原因、性质和程度，磨损分为以下4种：磨粒磨损、粘着磨损、表面疲劳磨损、腐蚀－机械磨损。在这4类磨损中，以磨粒磨损最为严重；在所有因磨损失效的零件中，磨粒磨损占40%～50%［3］，可见磨粒磨损对零部件的危害之大不容忽视。

在耕地作业过程中，犁铧刃直接与土壤、沙石接触，造成了严重的磨粒磨损。为了提高犁铧刃表面硬度和耐磨性，传统的热处理通常采用渗碳、表面淬火等工艺使表面强化。随着科学技术的不断发展，尤其是新材料制备技术和高能束设备等的出现，表面处理技术取得了飞速的发展。

犁铧刃材料一般采用坚硬、耐磨，即具有高强度和韧性的钢材，如65锰钢或65硅锰稀土钢，刃口部分须经热处理。如果采用犁铧刃表面熔敷处理技术，在磨损部位采取热喷涂技术表面处理工艺，以及熔敷性能较好的耐磨材料，可以提高其耐磨性，大大提高其使用寿命。

1 氧乙炔镍基合金粉末喷焊处理技术

1．1 熔敷材料的选择

喷焊材料选用上海斯米克焊材有限公司生产的Ni－Cr－B－Si系F102镍基自熔性合金粉末。F102是中等硬度的镍铬硅硼合金粉末，其自熔性好，喷焊层耐蚀，抗高温氧化性能较好，耐金属间磨损性能优良，用特殊刀可以切削加工，适用于氧乙炔火焰喷焊工艺，常用于耐磨、耐蚀件的修复或预防性保护，以及在650℃以下环境中具有良好性能的场合，粉末熔化度为1000℃，喷焊层硬度HRC＞55，熔点900～1100℃，粒度150～300目。喷焊合金层的热胀系数与碳钢的线胀系数基本接近，可以保证在焊后的冷却过程中，基体与焊层的收缩基本同步。

1．2 喷焊工艺

氧乙炔火焰粉末喷焊设备简单、工艺灵活、操作简单、适应性强，考虑到铸件缺陷具有形态多样性、位置不确定性，采用手工操作更为适合，在实际生产中的应用较为广泛［2］。由于母材面积小且要尽量减少变形，故采用氧乙炔焰"一步法"喷焊工艺。主要工艺过程如下：工件表面制备、预热、喷粉、重熔、冷却和喷熔层后加工。

1．3 喷焊设备

氧乙炔火焰金属粉末喷焊设备主要包括喷焊枪、氧气和乙炔供给装置。本实验采用上海焊割工具厂生产的QH－2／h型喷焊枪。其送粉方式为火焰混合气送粉，粉末通过焰心时受热均匀，温度高。

1．4 工艺参数

根据缺陷部位大小和铸件尺寸选择喷嘴，调整气体压力，使设备进入使用状态，主要工艺参数为：氧气压力0．4MPa，乙炔压力0．6MPa，送粉量1．5 kg／h，喷距20mm，预热温度250～300℃，工件温度700～800℃，喷嘴口径1．9mm，涂层厚度1．0～2．0mm。

1．5 预热及喷粉预保护

将喷焊枪调整成弱碳化焰或中性焰，加热待补焊表面至250～300℃（工件表面目视灰黄色）时，随即在其上均匀熔敷一层厚度为0．1～0．2mm的致密保护粉，覆盖要完整。

1．6 喷熔

采用一步喷焊法，调整好火焰后，将火焰保持中性焰，把枪口放低，喷嘴与工件表面夹角75°～85°，距犁铧刃表面约20mm（以焰心不碰基面为准）作圆周运动，圆的直径约在5～15mm左右，将圆内的犁铧刃面加热到500℃以上，按一下送粉阀，边喷粉边熔化。第1个圆与第2个圆的圆心距宜在5mm左右，视所需的焊层厚度与送粉量而变。送粉量与圆周运动的速度视工件面与焊层的温度而定。一般情况下送粉量小焊层表面易平整。重熔时，必须保证喷上去的粉末达到熔化状态，即出现“镜面反光”，但不能产生溢流出现波浪状，更不能把焊层吹开露出基材面。此时移动焊枪，继续喷焊。喷粉和熔化可交替进行直至达到喷层厚度。

1．7 热效验法检验

喷熔完成后，可用火焰沿喷焊表面快速加热一周观察，若有个别部位明显泛红快于其它部位，则表明该处焊粉与基体结合不好，此时应迅速加热此处使其熔化，保证喷熔质量。

2 实验结果与分析

2．1 硬度实验

根据国标GB／T9790－1988进行，实验设备型号为HR150数字式显微硬度计。

试样：在65Mn基体材料上喷涂涂层厚度为0．6～0．8mm，在磨料磨损后的试块上截取尺寸为15 mm×10mm×10mm的试块，在砂轮上磨平倒角，之后依次用20、500、600、800粒度的五道砂纸打磨，无划痕后再使用抛光机对试块抛光，抛光后依次用清水、酒精冲洗试块，用10%的硝酸及溶液腐蚀要观察的试块表面120s左右。经酒精冲洗干净后用吹风机吹干其表面，在金相显微镜上对试块进行显微组织观察，放大倍数为400倍，并照金相照片。测硬度时，调整视场打5个压痕点，然后取其平均值。可以得出熔层硬度为HRC60（表2）。

表2 熔层硬度 （HRC）

2．2 焊层显微组织分析实验

喷焊层的显微组织如图1所示。由图1可见：该组织是由镍基固溶体和大量的硼化物、碳化物及层片状共晶产物组成，镍基固溶体强度和硬度大，也具有较好的韧性和自润滑性能，保证喷焊层有较高的强度而不易断裂；硼化物和碳化物晶粒较细，弥散的分布在镍基固溶体基体中起到强化相的作用，使喷焊层具有较好的耐磨性和减摩性能；较细层片状的共晶组织均匀分布于固溶体基体，进一步提高了强度和硬度。对比65Mn钢等温淬火下贝氏体显微组织（图2），由于奥氏体转变温度很低，碳在奥氏体中扩散困难，只能在铁素体的某些晶面上偏聚，分布不均匀，使基体的强度和硬度大大下降，耐磨性较差。

图1 喷焊层显微组织Fig．1The Spurt－layer microstructure

图2 65Mn显微组织Fig．2The 65Mn microstructure

2．3 田间试验

2009年7月25日至31日，在石河子大学实验场一连二十号轮作区三号地进行田间试验。土壤状态：沙土条田，秋翻麦茬地；用TDR200土壤水分测定仪测得土壤含水率为7．51%，用SC－900土壤紧实度仪测得土壤紧实度为168MPa，呈中度板结，含砂量中等，土壤的犁耕比阻42kPa。

在同等土壤条件下由东方红802型拖拉机牵引未熔敷耐磨层翻转犁和熔敷耐磨层翻转犁进行对比试验，耕地总面积为40hm2。当犁铧刃口厚度为3 mm时，犁铧阻力增加20%，机组油耗增加10%，犁的耕深浅了15%。以此为测试基准，未熔敷耐磨层犁铧刃口厚度达到3mm时，作业面积仅为4．2 hm2，而熔敷耐磨层犁铧刃口厚度达到3mm时，其作业面积高达9．8hm2，表明熔敷耐磨层犁铧刃面的使用寿命比未熔敷的提高了2．3倍。

3 结论

犁铧是农业耕作机械中的重要部件，又是需求量较大的磨损消耗件。通过氧乙炔镍基自熔合金粉末熔敷处理技术对犁铧刃进行表面处理，金相组织分析表明其显微组织由镍基固溶体和大量的硼化物、碳化物及骨骼状共晶组成，耐磨性远高于65Mn。其熔层硬度为HRC60，比经未熔敷处理的铧刃面硬度提高了30%。田间试验表明：熔敷后的犁铧刃比未处理的犁铧刃在实际生产中提高了2～3倍的生产率。氧乙炔镍基合金粉末喷焊处理技术作为一种表面防护和强化技术，可以有效地解决犁铧刃面易磨损的问题，具有很好的使用推广前景。

［1］顾迅．现代表面技术的涵义、分类和含义［J］．金属热处理，1999（2）：1－4．

［2］顾朝阳，翟卫平．氧乙炔焰金属粉末喷焊技术的应用［J］．山东建材，1999（2）：31－32．

［3］胡怡．喷焊材料对OCr13Ni4Mo钢表面强化的影响［J］．热加工工艺，2001（3）：43－46．

［4］徐滨士，马世宁，梁秀兵．表面工程的进展［J］．金属热处理，2002，27（7）：1－3．

［5］詹长书．热喷焊技术工艺设计及其应用［J］．森林工程，2003，19（3）：39－40．

［6］陈家本．船舶焊接技术的进展及对再发展的建议［J］．造船技术，2004（3）：29．

［7］丁成钢，王晖，刘强，陈春焕．镍基合金粉末氧乙炔火焰喷焊层的组织研究［J］．大连铁道学院学报，2005（3）：15．

［8］孙驱云，宋东阳，孙大毅．氧乙炔焰粉末喷涂工艺［J］．水利电力机械，2006（2）：52－53．

［9］苏志俊，袁庆龙，毛洪玲，等．镍基自熔合金喷熔试验［J］．铸造技术，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

丛锦玲（1975－），女，讲师，从事农业机械热处理研究；e－mail：congjl＿shz＠sina．com。