本發(fā)明涉及金屬材料制備

技術領域：

，尤其涉及一種高碳鈷鉻鎢焊絲及其制備方法。

背景技術：

：鈷鉻鎢(cocrw)合金又名司太立合金(stellite)，該類合金主要元素為鈷、鉻、鎢，同時輔以其他元素，由于其優(yōu)越的高溫性能、耐熱耐蝕及耐磨性能，在航天航空、石油、核工業(yè)、海洋等工業(yè)領域中有較廣泛的利用。這種材料是一種優(yōu)異的焊接材料，常被使用與耐磨耐腐等惡劣的工況環(huán)境下使用。通常通過固溶強化及析出強化等手段對鈷鉻鎢合金綜合性能的改善和優(yōu)化，尤其是合金中所含的碳化物的析出強化對其硬度強度的提升有著至關重要的作用。用作焊絲的鈷鉻鎢合金一般鉻含量為25-33％，鎢含量為3-21％，碳含量為0.7-3.0％，目前來說，主要是通過熔煉前的精準配料及尤其是熱處理的熔煉過程中的人工經(jīng)驗來使焊絲中具有特定的碳含量。然而這樣的控碳方法對制備工藝和技術人員要求很高，生產(chǎn)成本高，也難以大批量生產(chǎn)。其它例如通過在熔煉合金過程中加入碳元素的控碳方法則難以調控焊絲中的碳含量，從而難以產(chǎn)生質量恒定的焊絲，成品率低。由于合金材料本身的硬度和脆性，目前國內外采用的鈷鉻鎢焊絲的制備工藝，主要是粉末冶金、真空吸鑄和連鑄，但是這些工藝均有其局限性。連鑄工藝的生產(chǎn)過程中常常發(fā)生焊絲斷裂、碎裂現(xiàn)象，碳含量控制難等生產(chǎn)問題，所鑄造的焊絲缺陷也較多，所得絲材的成品率較低。吸鑄工藝和粉末冶金由于需要特定的制備設備，其制備成本較高，難以成型較長且連續(xù)的焊絲，僅適用于實驗室或特別需求的工業(yè)用途?，F(xiàn)有技術中也有針對鈷基焊絲的冷拔加工工藝，然而在對焊絲的冷拔后還需要進行再結晶軟化退火處理，該退火處理會導致脫碳現(xiàn)象發(fā)生，引起碳含量變化。此外，隨著碳含量提高，鈷鉻鎢合金的脆性會因為其碳化物含量的增加而急劇增加，使得其變形難度越來越高，基本上無法通過焊絲領域常用的拉絲技術形成通常橫截面半徑在0.5-5毫米的絲材或者線材。因此，如何改善高碳鈷鉻鎢焊絲的制備方法，使得在能夠實現(xiàn)精準調控鈷鉻鎢焊絲的碳含量的同時降低生產(chǎn)成本、提高焊絲成品率，是本領域技術人員亟待解決的技術問題。技術實現(xiàn)要素：有鑒于此，本發(fā)明提供了一種創(chuàng)新性的高碳鈷鉻鎢焊絲制備方法，其采用了先拉拔低碳鈷鉻鎢合金形成絲材、后續(xù)提高絲材碳含量的理念，以簡單且節(jié)省成本的方式，既保證了合金焊絲的成品率，又能夠對合金焊絲的碳含量進行精準調控。本發(fā)明的第一方面提供一種高碳鈷鉻鎢焊絲的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：對碳含量低于0.05％的鈷鉻鎢合金進行拉絲處理，制得絲材；對所述絲材進行前處理；通過真空滲碳設備對經(jīng)處理的所述絲材進行滲碳處理，使得所述絲材中的碳含量達到1％以上；對滲碳處理后的絲材進行冷卻處理，制得高碳鈷鉻鎢焊絲。在本發(fā)明的一些實施例中，所述碳含量低于0.05％的鈷鉻鎢合金，原子比為50-60co:20-27cr:1-10w:5-10m,其中m表示mn、w、ti、b、mo、ni、fe中的一種或多種。在本發(fā)明的一些實施例中，所述絲材的橫截面直徑為0.5-5mm。在本發(fā)明的一些實施例中，所述制備方法還包括對所述絲材進行截斷處理的步驟，所述截斷處理步驟在所述拉絲處理之后且所述前處理之前。在本發(fā)明其他一些實施例中，對所述絲材進行截斷處理的步驟在所述前處理之后且在所述滲碳處理之前。在本發(fā)明另一些實施例中，對所述絲材進行截斷處理的步驟在所述滲碳處理之后且在所述冷卻處理之前?？梢匀菀桌斫獾氖?，對絲材進行截斷處理的步驟的順序可以根據(jù)生產(chǎn)制備的實際情況和所使用的設備進行調整。在本發(fā)明的一些實施例中，所述前處理包括打磨處理、清洗處理和干燥處理。在本發(fā)明的一些實施例中，所述打磨處理是用砂紙逐級打磨至1500#。在本發(fā)明的另一些實施例中，所述打磨是用砂紙逐級打磨至3000#。由此，能夠對絲材表面進行整形，并且能夠去除拉絲過程中在絲材表面產(chǎn)生的氧化物，有利于后續(xù)的滲碳處理。在本發(fā)明的一些實施例中，所述清洗處理包括超聲清洗。由此，能夠有助于去除焊絲表面殘留的顆粒和雜質，有利于后續(xù)的滲碳處理。在本發(fā)明的一些實施例中，所述清洗還包括有機溶劑清洗。所述有機溶劑例如選自酒精、乙醚、丙酮。由此，能夠有助于進一步去除焊絲表面殘留的雜質，有利于后續(xù)的滲碳處理。在本發(fā)明的一些實施例中，所述干燥處理是常溫干燥處理。在本發(fā)明中，干燥處理也可以是加溫干燥處理，但干燥溫度不宜過高，一方面以免對合金特性產(chǎn)生不利影響，另一方面加溫干燥也增加了生產(chǎn)成本。在本發(fā)明的一些實施例中，所述制備方法還包括對所述真空滲碳設備進行氣體清洗處理的步驟，所述氣體清洗處理在所述前處理之后且在滲碳處理之前。在本發(fā)明的一些實施例中，所述氣體清理處理所采用的氣體為甲烷和/或乙炔。由此，能夠凈化真空滲碳設備內的環(huán)境，以免真空滲碳設備中包含有例如n2、o2、h2、p、s等對合金高溫性能具有不利影響的雜質，從而提高鈷鉻鎢合金焊絲的成品率。在本發(fā)明的一些實施例中，在經(jīng)過所述滲碳處理后，所述絲材中的碳含量達到4％以上。在本發(fā)明的一些實施例中，所述絲材中的碳含量甚至達到8％。在本發(fā)明的一些實施例中，所述滲碳處理是高溫氣體滲碳處理，其處理溫度為1000-1300℃。出乎意料地，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)將滲碳處理的溫度提高至1000-1300℃，會使得碳元素均勻地分布到所述絲材中，從而能夠實現(xiàn)焊絲在整體上具有特定含碳量，而不會在絲材表面形成由于其碳含量過剩而導致絲材的脆化和破損的表碳層。由此，能夠以可靠的方式對鈷鉻鎢合金焊絲的碳含量進行精準調控，并且保證了鈷鉻鎢合金焊絲的成品率。在本發(fā)明的一些實施例中，所述高溫氣體滲碳處理所采用的滲碳劑為甲烷和/或乙炔。由此，能夠以可靠的方式對絲材進行滲碳，而不會產(chǎn)生對合金的高溫性能有害的物質，例如o2、h2、p、s等，從而避免對鈷鉻鎢合金焊絲的成品率產(chǎn)生不利影響。在本發(fā)明的一些實施例中，所述滲碳處理的滲碳時間為20-45分鐘，滲碳時間內的壓力為500-3000pa，擴散時間為50-75分鐘，擴散時間內的壓力為10-2-10-1pa。由此，以簡單且可靠的方式實現(xiàn)對焊絲含碳量的精確把控。在本發(fā)明的一些實例中，所述冷卻處理是氣體冷卻，壓力為0.5-1.5mpa。在本發(fā)明的一些實施例中，所述氣體冷卻采用的氣體是惰性氣體。所述惰性氣體優(yōu)選氮氣。由此，能夠以可靠的方式快速冷卻絲材，避免發(fā)生影響焊絲含碳量和焊絲機械性能的脫碳現(xiàn)象，從而提高焊絲質量和成品率。在本發(fā)明的一些實施例中，所述制備方法在所述冷卻處理步驟之后還包括包裝步驟，以在所述高碳鈷鉻鎢焊絲表面形成包裝層。本發(fā)明的第二方面提供一種高碳鈷鉻鎢焊絲，其特征在于，由上述任一種高碳鈷鉻鎢焊絲的制備方法制備得到。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的制備方法具有以下優(yōu)點：(1)本發(fā)明的制備方法對設備依賴性較低，通過配合使用常規(guī)拉絲設備以及例如為工業(yè)滲碳爐的常規(guī)真空滲碳設備就能夠實施，在顯著降低制備成本的同時還保證了成品率；(2)本發(fā)明的制備方法通過調節(jié)真空滲碳設備的溫度、滲碳時間、擴散時間以及壓力，以簡單且可靠的方式實現(xiàn)對焊絲含碳量的精確把控，且制得的焊絲質量恒定、成品率高；以及(3)本發(fā)明的制備方法制備得到的焊絲在整體上而非僅僅絲材表面能夠具有較高的含碳量。在本發(fā)明的一些制備方法實施例中，所制備得到的焊絲的含碳量甚至高達8％。通過本發(fā)明所制備的高碳鈷鉻鎢焊絲的優(yōu)點已經(jīng)在上述關于制備方法優(yōu)點的描述中體現(xiàn)，在此不再贅述。附圖說明圖1分別示出了根據(jù)本發(fā)明三個不同制備方法實施例制得的三種焊絲的顯微組織圖。具體實施方式下面結合實施例對本發(fā)明的技術方案進一步說明。制備方法實施例1一種高碳鈷鉻鎢焊絲的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：對碳含量低于0.05％的材料成分為co25cr4.5w3.5ni的鈷鉻鎢合金進行拉絲處理，制得直徑為2mm的絲材；在對絲材以30cm進行截取后，對各表面進行打磨直到1500#砂紙，之后先用超聲波水洗，再用酒精清洗，而后迅速風干；將經(jīng)處理的各絲材懸掛在真空滲碳爐的爐腔中心處，關閉爐門之后，開啟抽真空，用乙炔氣體反復清洗爐腔4次，保證腔內氣氛純凈度，然后用乙炔作為滲碳劑進行滲碳處理，參數(shù)為：溫度1130-1160℃、壓力1500-2000pa、滲碳時間30分鐘、擴散時間55分鐘、壓力為系統(tǒng)真空度為10-2-10-1pa；對滲碳處理后的絲材進行壓力為1.2mpa的氣體冷卻處理，制得高碳鈷鉻鎢焊絲。根據(jù)上述方法制備得到的高碳鈷鉻鎢焊絲的成品率高達99％，取樣測得高碳鈷鉻鎢焊絲的碳含量為1.4％，取樣測得高碳鈷鉻鎢焊絲的平均硬度為511.37(hv0.2),取樣焊絲的組織形貌圖見圖1a,從圖1a中可以看出碳元素均勻分布在焊絲中。制備方法實施例2一種高碳鈷鉻鎢焊絲的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：對碳含量低于0.05％的材料成分為co25cr4.5w3.5ni的鈷鉻鎢合金進行拉絲處理，制得直徑為2mm的絲材；在對絲材以30cm進行截取后，對各表面進行打磨直到1500#砂紙，之后先用超聲波水洗，再用酒精清洗，而后迅速風干；將經(jīng)處理的各絲材懸掛在真空滲碳爐的爐腔中心處，關閉爐門之后，開啟抽真空，用乙炔氣體反復清洗爐腔4次，保證腔內氣氛純凈度，然后用乙炔作為滲碳劑進行滲碳處理，參數(shù)為：溫度1180-1210℃、壓力1500-2000pa、滲碳時間30分鐘、擴散時間60分鐘、壓力為系統(tǒng)真空度為10-2-10-1pa；對滲碳處理后的絲材進行壓力為1.2mpa的氣體冷卻處理，制得高碳鈷鉻鎢焊絲。根據(jù)上述方法制備得到的高碳鈷鉻鎢焊絲的成品率高達98.5％，取樣測得高碳鈷鉻鎢焊絲的碳含量為2.4％，取樣測得高碳鈷鉻鎢焊絲的平均硬度為560.65(hv0.2),取樣焊絲的組織形貌圖見圖1b，從圖1b中可以看出碳元素均勻分布在焊絲中。制備方法實施例3一種高碳鈷鉻鎢焊絲的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：對碳含量低于0.05％的材料成分為co25cr4.5w3.5ni的鈷鉻鎢合金進行拉絲處理，制得直徑為2mm的絲材；在對絲材以30cm進行截取后，對各表面進行打磨直到1500#砂紙，之后先用超聲波水洗，再用酒精清洗，而后迅速風干；將經(jīng)處理的各絲材懸掛在真空滲碳爐的爐腔中心處，關閉爐門之后，開啟抽真空，用乙炔氣體反復清洗爐腔4次，保證腔內氣氛純凈度，然后用乙炔作為滲碳劑進行滲碳處理，參數(shù)為：溫度1230-1260℃、壓力1500-2000pa、滲碳時間35分鐘、擴散時間60分鐘、壓力為系統(tǒng)真空度為10-2-10-1pa；對滲碳處理后的絲材進行壓力為1.2mpa的氣體冷卻處理，制得高碳鈷鉻鎢焊絲。根據(jù)上述方法制備得到的高碳鈷鉻鎢焊絲的成品率高達96％，取樣測得高碳鈷鉻鎢焊絲的碳含量為3.9％，取樣測得高碳鈷鉻鎢焊絲的平均硬度為764.71(hv0.2),取樣焊絲的組織形貌圖見圖1c，從圖1c中可以看出碳元素均勻分布在焊絲中。下面示出了根據(jù)本發(fā)明的制備方法實施例4-8，除了表1示出的區(qū)別，這些實施例的其它部分與實施例1完全相同。表1實施例4實施例5實施例6實施例7實施例8合金相同相同co25cr4.5w2fe1nico25cr4.5w2fe1ni相同打磨1500#相同#1500#相同2000#有機溶劑相同無丙酮相同相同氣體清理無相同相同甲烷相同冷卻參數(shù)0.5mpa1mpa相同相同相同溫度1130-11601180-12101230-12601130-11601180-1210對根據(jù)制備方法實施例4-8制備得到的高碳鈷鉻鎢焊絲進行評估和取樣檢測，結果如表2。表2實施例4實施例5實施例6實施例7實施例8含碳量1.32.54.11.42.5成品率96％98.5％95.5％99.5％96％從上述各實施例可以看出，本發(fā)明提供的高碳鈷鉻鎢焊絲的制備方法對設備要求不高，步驟工藝簡單，即使在提高焊絲的含碳量時也能夠保持較高的成品率。上述僅為本申請的較佳實施例，是許多技術特征的組合。本領域技術人員會理解，本申請不限于這里所述的特定實施例，對本領域技術人員來說能夠進行各種明顯的變化、重新調整和替代而不會脫離本申請的保護范圍。例如本發(fā)明的一些其它實施例可以不包括上述實施例的諸如截取處理等的一些技術特征，或者絲材的直徑尺寸改變等。因此，雖然通過以上實施例對本申請進行了較為詳細的說明，但是本申請不僅僅限于以上實施例，在不脫離本申請構思的情況下，還可以包括更多其他等效實施例，均屬于本申請保護范疇。當前第1頁12

技術特征：

1.一種高碳鈷鉻鎢焊絲的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

對碳含量低于0.05％的鈷鉻鎢合金進行拉絲處理，制得絲材；

對所述絲材進行前處理；

通過真空滲碳設備對經(jīng)處理的所述絲材進行滲碳處理，使得所述絲材中的碳含量達到1％以上；

對滲碳處理后的絲材進行冷卻處理，制得高碳鈷鉻鎢焊絲。

2.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述碳含量低于0.05％的鈷鉻鎢合金，原子比為50-60co:20-27cr:1-10w:5-10m,其中m表示mn、w、ti、b、mo、ni、fe中的一種或多種。

3.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述前處理包括打磨處理、清洗處理和干燥處理。

4.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，還包括對所述真空滲碳設備進行氣體清洗處理的步驟，所述氣體清洗處理在所述前處理之后且在滲碳處理之前。

5.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述滲碳處理是高溫氣體滲碳處理，其處理溫度為1000-1300℃。

6.根據(jù)權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述高溫氣體滲碳處理所采用的滲碳劑為甲烷和/或乙炔。

7.根據(jù)權利要求1、5和6任一項所述的制備方法，其特征在于，所述滲碳處理的滲碳時間為20-45分鐘，滲碳時間內的壓力為500-3000pa，擴散時間為50-75分鐘，擴散時間內的壓力為10-2-10-1pa。

8.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述冷卻處理是氣體冷卻，壓力為0-1.5mpa。

9.根據(jù)權利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述氣體冷卻采用的氣體是惰性氣體。

10.一種由權利要求1-9任一項所述的制備方法制備得到的高碳鈷鉻鎢焊絲。

技術總結

本發(fā)明涉及一種高碳鈷鉻鎢焊絲及其制備方法。該制備方法包括以下步驟：對碳含量低于0.05％的鈷鉻鎢合金進行拉絲處理，制得絲材；對絲材進行前處理；將通過真空滲碳設備對經(jīng)處理的絲材進行滲碳處理，使得絲材中的碳含量達到1％以上；對滲碳處理后的絲材進行冷卻處理，制得高碳鈷鉻鎢焊絲。本發(fā)明的制備方法在顯著降低制備成本的同時還保證了成品率，制得的焊絲質量恒定的同時能夠具有較高的含碳量。

技術研發(fā)人員：郝國建;楊剛;劉波;翟月雯

受保護的技術使用者：北京機電研究所有限公司

技術研發(fā)日：2020.07.03

技術公布日：2020.11.10