K118耐磨合金碳弧堆焊粉块研制学习体会

文献概况与技术背景

本文出自中国矿业大学与徐州矿务局第二机械厂，发表于1988年《煤炭科学技术》第16卷第9期，介绍了K118耐磨合金碳弧堆焊粉块的研制工作。K118是一种不含镍的新型耐磨合金碳弧堆焊材料，主要用于刮板输送机等煤矿机械的耐磨修复。

在煤矿机械领域，刮板输送机的链轮、滚筒、溜槽等部件长期承受煤炭和岩石的摩擦磨损，磨损严重，更换频繁。传统的整体更换方式成本高昂，且停机时间长，严重影响生产连续性。堆焊修复技术为解决这一问题提供了有效途径，而堆焊材料的选择则是决定修复效果的关键。

K118粉块的设计思路是：以碳弧堆焊粉块为载体，通过合理的合金成分设计，在堆焊层中形成高硬度的耐磨相，同时保持足够的韧性以防止脆性剥落。不含镍的设计是K118的一大特色，镍合金成本较高，且在煤矿潮湿环境中可能引发氢脆问题。

K118耐磨合金碳弧堆焊粉块的成分设计遵循以下原则：

K118的关键成分特点在于硼的添加。硼在堆焊层中形成硼碳化物（如Fe₂₃B₆、FeB等），硬度可达1800～2000 HV，远高于普通碳化物。硼碳化物的弥散分布显著提高了堆焊层的耐磨性，同时硼的加入还促进了过共晶组织的形成，进一步增强了耐磨性能。

K118堆焊层的金相组织具有以下特征：

组织相	形态	硬度（HV）	作用
硼碳化物	网状或颗粒状	1800～2000	主要耐磨相
铬碳化物	颗粒状	1200～1500	辅助耐磨相
奥氏体基体	网骨架	200～300	提供韧性
铁素体	块状	150～250	过渡相

过共晶组织是K118的核心特征。由于碳含量超过共晶点（约4.3%），堆焊层在凝固过程中先析出初生碳化物，形成过共晶组织。这种组织中碳化物呈网状或树枝状分布，与基体结合牢固，不易剥落，耐磨性能优异。

碳弧堆焊是利用碳极电弧作为热源，将堆焊粉块熔化后堆敷在基体表面的焊接方法。其工艺特点如下：

K118碳弧堆焊的典型工艺参数如下：

K118堆焊层的耐磨性能评价采用以下方法：

材料	硬度（HRC）	干摩擦磨损量（mg）	相对耐磨性
K118堆焊层	58～62	5～10	1.0（基准）
高铬铸铁	55～60	15～25	0.4～0.5
普通碳钢	25～30	80～120	0.1
堆焊修复后	55～60	10～15	0.6～0.7

K118堆焊层的耐磨性显著优于普通碳钢，与高铬铸铁相当甚至更优。这一优异性能主要归因于硼碳化物硬质相的弥散强化作用。

K118碳弧堆焊粉块主要应用于以下煤矿机械部件的耐磨修复：

部件名称	磨损形式	修复周期	使用寿命提升
刮板输送机链轮	磨粒磨损	3～6个月	2～3倍
滚筒	磨粒磨损加冲击	2～4个月	2～3倍
溜槽	磨粒磨损	4～8个月	2～4倍
破碎机衬板	冲击加磨粒磨损	1～3个月	2～3倍

K118碳弧堆焊修复的经济效益十分显著，总成本仅为整体更换的30%～45%，同时停机时间大幅缩短，对生产连续性的保障作用明显。

K118耐磨合金碳弧堆焊粉块的研制，体现了在材料设计中"以低成本实现高性能"的工程智慧。不含镍的设计降低了材料成本，硼的添加以较低的成本显著提升了耐磨性，碳弧堆焊工艺简单、设备投资少，适合煤矿现场应用。

从技术角度看，K118的成功在于其合理的成分设计和工艺匹配。硼碳化物硬质相的形成是耐磨性的关键，而过共晶组织保证了硬质相的牢固结合。碳弧堆焊工艺的低稀释率特点，确保了合金成分的有效保留。

然而，K118也存在一些局限性：硼碳化物硬而脆，堆焊层的抗冲击性能相对较弱；在强冲击工况下，可能出现脆性剥落。因此，K118更适合磨粒磨损为主、冲击载荷较小的工况。

总体而言，K118碳弧堆焊粉块的研制为煤矿机械耐磨修复提供了经济有效的解决方案，其技术思路对类似工况的耐磨材料开发具有重要参考价值。