Tecnología básica del alambre de soldadura resistente al desgaste: cómo el polvo de hierro y cromo con alto contenido de carbono mejora la resistencia al desgaste
I. Análisis de los factores clave que influyen en la resistencia al desgaste del alambre de soldadura resistente al desgaste
1.1 Composición y microestructura del material de matriz del alambre de soldadura
El material de matriz del alambre de soldadura es la base de la resistencia al desgaste del alambre, y su composición química y microestructura influyen decisivamente en la resistencia al desgaste del metal depositado. Desde la perspectiva de la composición química, elementos como el carbono, el manganeso y el silicio presentes en el material de matriz no solo afectan el rendimiento del alambre durante la soldadura, sino que también interactúan con elementos del material de refuerzo para regular la formación y distribución de las fases de refuerzo en el metal depositado. Por ejemplo, el carbono puede formar carburos con elementos como el cromo y el tungsteno, mientras que el manganeso puede mejorar la fluidez del baño de fusión y la compacidad de las uniones soldadas. En cuanto a la microestructura, el tamaño de grano y la composición de las fases del material de matriz determinan directamente las propiedades mecánicas iniciales del metal depositado. Un material de matriz con una estructura de grano fino suele presentar mayor resistencia y tenacidad, lo que proporciona un excelente soporte para la distribución uniforme de las fases de refuerzo. Además, la proporción de fases como la perlita y la ferrita en la matriz también afecta la dureza y la resistencia al desgaste del metal depositado. Una regulación racional de la microestructura de la matriz es fundamental para mejorar la resistencia al desgaste.
1.2 Tipos y reglas de distribución de las fases de fortalecimiento de las aleaciones
Las fases de refuerzo de aleación son fundamentales para mejorar la resistencia al desgaste del alambre de soldadura resistente al desgaste, y su tipo, cantidad, tamaño y distribución determinan directamente el efecto de dicha mejora. En el metal depositado del alambre de soldadura resistente al desgaste, las fases de refuerzo de aleación más comunes incluyen principalmente carburos, nitruros, boruros, etc. Entre ellas, las fases de carburo se utilizan ampliamente debido a su alta dureza y estabilidad. Los diferentes tipos de fases de carburo presentan diferente dureza y estabilidad. Por ejemplo, la dureza del Cr₇C₃ alcanza los 1800-2200 HV, mucho mayor que la del material matriz, lo que influye significativamente en la mejora de la resistencia al desgaste. Además, la distribución uniforme de las fases de refuerzo de aleación es crucial. Una dispersión uniforme de las fases de refuerzo puede inhibir con mayor eficacia el movimiento de partículas abrasivas y evitar un desgaste local excesivo. Por el contrario, la agregación y segregación de las fases de refuerzo provocará un rendimiento desigual del metal depositado, reduciendo su resistencia al desgaste y tenacidad. Por lo tanto, la selección racional del tipo de fases de fortalecimiento de la aleación y la regulación de su distribución uniforme a través de medios técnicos son vínculos clave para mejorar la resistencia al desgaste del alambre de soldadura resistente al desgaste.
1.3 Mecanismo de regulación del proceso de soldadura sobre la resistencia al desgaste del metal depositado
El proceso de soldadura es un procedimiento clave que conecta el alambre de soldadura con el material matriz y forma el metal depositado. Sus parámetros de proceso (como la corriente de soldadura, el voltaje, la velocidad de soldadura, el tipo de gas de protección, etc.) desempeñan un papel regulador importante en la composición química, la microestructura y la resistencia al desgaste del metal depositado. La magnitud de la corriente y el voltaje de soldadura afecta directamente el aporte de calor, lo que a su vez influye en la temperatura y la velocidad de enfriamiento del baño de fusión. Un mayor aporte de calor aumentará la temperatura del baño de fusión, provocará el engrosamiento del grano del metal depositado y una disolución excesiva de las fases de refuerzo, reduciendo así su dureza y resistencia al desgaste. Por otro lado, un menor aporte de calor puede provocar una soldadura insuficiente, lo que resulta en defectos como penetración incompleta e inclusión de escoria, que también afectan el rendimiento del metal depositado. La velocidad de soldadura afecta la calidad del conformado y la velocidad de enfriamiento del metal depositado; una velocidad de soldadura razonable puede garantizar que el metal depositado tenga un espesor uniforme y una estructura densa. El tipo y el caudal del gas de protección se utilizan principalmente para prevenir la oxidación del baño de fusión, garantizar la estabilidad del proceso de soldadura y evitar los efectos adversos de los productos de oxidación en el rendimiento del metal depositado. Por lo tanto, optimizar los parámetros del proceso de soldadura para lograr una regulación precisa de la microestructura del metal depositado es fundamental para mejorar la resistencia al desgaste del alambre de soldadura resistente al desgaste.
1.4 Indicadores básicos de evaluación y métodos de prueba estandarizados para la resistencia al desgaste
La evaluación precisa de la resistencia al desgaste del alambre de soldadura resistente al desgaste es la base para promover la investigación, el desarrollo y la aplicación tecnológica. En la actualidad, se han formado una serie de indicadores de evaluación básicos y métodos de prueba estandarizados en la industria. Los indicadores de evaluación básicos incluyen principalmente dureza, pérdida por desgaste, resistencia relativa al desgaste, etc. La dureza es un índice importante para medir la resistencia del material a la deformación local y al desgaste, generalmente probado por los métodos de dureza Brinell (HB), dureza Rockwell (HRC) o dureza Vickers (HV). El metal depositado con alta dureza generalmente tiene mejor resistencia al desgaste. La pérdida por desgaste se refiere a la pérdida de masa o pérdida de volumen del material bajo ciertas condiciones de desgaste; cuanto menor sea la pérdida por desgaste, mejor será la resistencia al desgaste del material. La resistencia relativa al desgaste se obtiene comparando la pérdida por desgaste del material probado con la del material estándar, lo que puede reflejar más intuitivamente las ventajas de resistencia al desgaste del material probado. Los métodos de prueba estandarizados incluyen principalmente la prueba de desgaste abrasivo, la prueba de desgaste por impacto y la prueba de desgaste por deslizamiento, entre otros. Los diferentes métodos de prueba simulan distintas condiciones de desgaste, lo que permite una evaluación integral de la resistencia al desgaste del alambre de soldadura resistente al desgaste en diferentes condiciones de servicio. Por ejemplo, la prueba de desgaste abrasivo simula principalmente las condiciones de trabajo de maquinaria minera sometida a corte abrasivo, mientras que la prueba de desgaste por impacto simula las condiciones de trabajo de maquinaria de ingeniería sometida a la acción combinada de impacto y desgaste. Mediante métodos de prueba estandarizados e indicadores de evaluación, se pueden obtener datos objetivos y precisos que respaldan la comparación del rendimiento y la investigación y el desarrollo tecnológico del alambre de soldadura resistente al desgaste.
II. Proceso de preparación y tecnología de adaptación de polvo de hierro-cromo con alto contenido de carbono en alambre de soldadura resistente al desgaste
2.1 Optimización del proceso de preparación de alambre de soldadura resistente al desgaste y método de adición de polvo de hierro y cromo con alto contenido de carbono
2.1.1 Diseño de la relación y proceso de mezcla uniforme de polvo de hierro y cromo con alto contenido de carbono en alambre de soldadura con núcleo fundente
El alambre de soldadura con núcleo fundente es uno de los soportes más utilizados para el polvo de hierro-cromo con alto contenido de carbono. En su proceso de preparación, el diseño de la proporción y la mezcla uniforme del polvo de hierro-cromo con alto contenido de carbono son clave para garantizar el rendimiento del alambre de soldadura. En cuanto al diseño de la proporción, es necesario determinar razonablemente la proporción de polvo de hierro-cromo con alto contenido de carbono y otros componentes (como polvo de hierro, ferromanganeso, ferrosilicio, grafito, formador de escoria, etc.) según la resistencia al desgaste deseada, el rendimiento del proceso de soldadura y los requisitos generales de las propiedades mecánicas del alambre de soldadura. Si la proporción de polvo de hierro-cromo con alto contenido de carbono es demasiado baja, se formarán fases de carburo insuficientes y el efecto de refuerzo será insignificante. Si la proporción es demasiado alta, la tenacidad del metal depositado disminuirá, la susceptibilidad a las grietas de soldadura aumentará y el coste también aumentará. Por lo general, es razonable controlar la proporción de polvo de hierro-cromo con alto contenido de carbono en el alambre de soldadura con núcleo fundente entre el 20 % y el 40 %. Para garantizar una distribución uniforme del polvo de hierro-cromo con alto contenido de carbono dentro del núcleo fundente, es necesario utilizar equipos de mezcla eficientes y procesos de mezclado adecuados. Actualmente, los equipos de mezcla más utilizados incluyen mezcladores cónicos y mezcladores de doble hélice. Durante el proceso de mezclado, es necesario controlar parámetros como el tiempo de mezclado y la velocidad de rotación para evitar una mezcla desigual o la aglomeración de partículas. Además, antes de mezclar, el polvo de hierro-cromo con alto contenido de carbono y otros componentes deben secarse para eliminar la humedad y las impurezas, garantizando así la calidad de la mezcla y el rendimiento del proceso de soldadura del alambre.
2.1.2 Tecnología de preparación de recubrimiento de polvo de hierro y cromo con alto contenido de carbono sobre la superficie del alambre de soldadura sólido
Además del alambre de soldadura con núcleo fundente, el recubrimiento de la superficie del alambre de soldadura sólido con un recubrimiento que contiene polvo de hierro-cromo con alto contenido de carbono es también una forma importante de aplicación del polvo de hierro-cromo con alto contenido de carbono. La clave de esta tecnología de preparación reside en mezclar polvo de hierro-cromo con alto contenido de carbono con aglutinantes y otros elementos de aleación para preparar materiales de recubrimiento mediante ciertos medios tecnológicos, recubrirlos uniformemente sobre la superficie del alambre de soldadura sólido y formar un recubrimiento con un espesor y una resistencia determinados tras el secado y el curado. La clave de esta tecnología reside en el diseño de la fórmula de los materiales de recubrimiento y la optimización de los procesos de recubrimiento. En la fórmula del material de recubrimiento, el contenido de polvo de hierro-cromo con alto contenido de carbono debe ajustarse razonablemente según el rendimiento deseado. El aglutinante debe tener una buena resistencia de adhesión y estabilidad a altas temperaturas para garantizar que el recubrimiento no se desprenda ni se descomponga durante el proceso de soldadura. En cuanto a los procesos de recubrimiento, los métodos más comunes incluyen el recubrimiento por inmersión, el recubrimiento por pulverización y el recubrimiento por rodillo, entre otros. El método de recubrimiento por inmersión ofrece las ventajas de un proceso sencillo y un bajo coste, pero presenta una baja uniformidad del espesor del recubrimiento. El método de recubrimiento por pulverización permite obtener un espesor de recubrimiento uniforme, pero conlleva un alto coste de equipo. El método de recubrimiento por rodillo combina las ventajas de un proceso sencillo y un espesor de recubrimiento uniforme, por lo que es ampliamente utilizado. Además, los procesos de secado y curado del recubrimiento también son cruciales; es necesario controlar la temperatura y el tiempo para garantizar una buena resistencia y estabilidad del recubrimiento y evitar defectos durante el proceso de soldadura.
2.2 Estudio experimental sobre la optimización de la cantidad de adición de polvo de hierro y cromo con alto contenido de carbono
2.2.1 Influencia de la cantidad de adición en la eficiencia de deposición del alambre de soldadura
La cantidad añadida de polvo de hierro-cromo con alto contenido de carbono no solo afecta la resistencia al desgaste del metal depositado, sino que también tiene un impacto significativo en la eficiencia de deposición del alambre de soldadura. Esta eficiencia es un indicador importante para medir el rendimiento de la soldadura del alambre y se refiere a la relación entre la masa de metal depositado y la masa de alambre consumido por unidad de tiempo. Numerosos estudios experimentales han demostrado que existe una relación no lineal entre la cantidad añadida de polvo de hierro-cromo con alto contenido de carbono y la eficiencia de deposición. Cuando la cantidad añadida es pequeña, el polvo de hierro-cromo con alto contenido de carbono tiene poco efecto en la eficiencia de deposición. Con el aumento de la cantidad añadida, la eficiencia de deposición mejora gradualmente, ya que algunos elementos del polvo de hierro-cromo con alto contenido de carbono pueden mejorar la fluidez del baño de fusión y promover la fusión y la deposición del alambre de soldadura. Sin embargo, cuando la cantidad añadida supera un cierto umbral, la eficiencia de deposición comienza a disminuir. Esto se debe a la alta densidad del polvo de hierro-cromo con alto contenido de carbono; una adición excesiva ralentiza la velocidad de fusión del alambre de soldadura. Mientras tanto, la formación excesiva de fases de carburo aumentará la viscosidad del baño de fusión, lo que dificulta el flujo y la formación del metal depositado. Por lo tanto, es necesario determinar el rango óptimo de adición de polvo de hierro-cromo con alto contenido de carbono mediante experimentos de optimización para garantizar la resistencia al desgaste del metal depositado, considerando una alta eficiencia de deposición.
2.2.2 Ley de evolución de la resistencia al desgaste del metal depositado con diferentes cantidades de adición
La resistencia al desgaste del metal depositado muestra una ley de evolución evidente con diferentes cantidades de polvo de hierro-cromo con alto contenido de carbono. Los resultados de las pruebas muestran que, al aumentar la cantidad de polvo de hierro-cromo con alto contenido de carbono, el número de fases de carburo en el metal depositado aumenta gradualmente, al igual que la dureza y la resistencia al desgaste. Cuando la cantidad de adición alcanza un valor determinado, la dureza y la resistencia al desgaste del metal depositado alcanzan su punto máximo. Si la cantidad de adición continúa aumentando, la dureza y la resistencia al desgaste del metal depositado no mejoran, sino que disminuyen, y la tenacidad también disminuye significativamente. Esto se debe a que, cuando la cantidad de adición es demasiado alta, el número de fases de carburo es excesivo, lo que provoca agregación y segregación, lo que resulta en una microestructura irregular del metal depositado y una concentración local de tensiones. Durante el proceso de desgaste, es probable que se produzcan grietas, lo que acelera el fallo por desgaste. Además, un exceso de fases de carburo también reduce el rendimiento del proceso de soldadura del metal depositado y aumenta el riesgo de grietas. Por lo tanto, determinar la cantidad óptima de adición de polvo de hierro y cromo con alto contenido de carbono a través de experimentos es la clave para lograr un equilibrio entre la resistencia al desgaste y las propiedades mecánicas integrales del metal depositado.
2.3 Tecnología de regulación de compatibilidad entre el polvo de hierro y cromo con alto contenido de carbono y otros componentes del alambre de soldadura
La compatibilidad entre el polvo de hierro-cromo con alto contenido de carbono y otros componentes del alambre de soldadura (como el metal matriz, otros elementos de aleación, formadores de escoria, desoxidantes, etc.) afecta directamente el rendimiento del alambre durante el proceso de soldadura y el rendimiento del metal depositado. Por lo tanto, se deben adoptar tecnologías de regulación eficaces para garantizar una buena compatibilidad. En primer lugar, en cuanto a la selección de componentes, es necesario seleccionarlos razonablemente según la composición química y las propiedades físicas del polvo de hierro-cromo con alto contenido de carbono. Por ejemplo, la selección de ferromanganeso, ferrosilicio, etc., con buena capacidad desoxidante como desoxidantes, puede eliminar eficazmente el oxígeno en el baño de fusión, evitar la formación de óxidos entre el oxígeno y el cromo y prevenir el impacto en la formación de fases de carburo. La selección de formadores de escoria adecuados puede garantizar la formación de escoria de buena calidad durante el proceso de soldadura, proteger el baño de fusión y el cordón de soldadura, y reducir la generación de defectos. En segundo lugar, en cuanto a la regulación de la relación, es necesario optimizar la proporción de cada componente mediante experimentos para evitar problemas de compatibilidad causados por cantidades excesivas o insuficientes de un componente. Por ejemplo, una proporción excesiva de formadores de escoria puede generar un exceso de escoria, lo que afecta la formación del metal depositado; una proporción insuficiente de desoxidantes no puede eliminar eficazmente los elementos nocivos. Además, la interacción entre los distintos componentes puede mejorarse y la compatibilidad puede optimizarse añadiendo una cantidad adecuada de aleaciones madre o tierras raras. Las tierras raras tienen buenos efectos de purificación y modificación, lo que permite refinar los granos, mejorar la distribución de las fases de carburo, aumentar la fuerza de unión entre los distintos componentes y mejorar el rendimiento general del alambre de soldadura.