1. 研究目的与意义（文献综述）

铸铁本质上是指碳含量gt;2.14%的铁碳合金。实际上，“铸铁”一词包括了不同石墨形态和基体组织的范围非常广泛的铸造合金。铸铁通常分为六种：灰铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁、球墨铸铁、白口铸铁及奥氏体铸铁。每种铸铁按其基体组织与力学性能的不同又细分为不同牌号。
高铬铸铁是高铬白口抗磨铸铁的简称，是一种性能优良而受到特别重视的抗磨材料；它以比合金钢高得多的耐磨性，比一般白口铸铁高得多的韧性、强度，同时它还兼有良好的抗高温和抗腐蚀性能，加之生产便捷、成本适中，而被誉为当代最优良的抗磨料磨损材料之一。其中用得最广泛的是含铬量为26%～32%的高铬白口铸铁，组织中形成（Cr，Fe）7C3的碳化物。高铬白口铸铁通常要进行高温热处理析出二次碳化物，冷却时奥氏体转变成为马氏体。高铬白口铸铁在干磨中有广泛应用，如炼铁高炉料盅和溜槽衬板等。美国克里马克斯（Climax）钼公司有15-3（含15% Cr-3% Mo） 、15-2-1（含15% Cr-2 %Mo-1%Cu）两种牌号。15-3又以碳量的高低来划分为超高碳、高碳、中碳及低碳四种。低碳的韧性好而硬度低，适用于冲击载荷比较大的场合；高碳的则用于冲击载荷小的场合，表现出良好的耐磨性。
铸铁的焊接主要应用于以下三个领域：
1、在铸造厂铸件缺陷的焊补。中国现在每年的铸铁件产量约为4750万吨（2016年数据） 其中10%~15%具有不同的铸造缺陷，需要用焊接进行焊补。焊接挽救了大量的铸铁件并节约了大量资金。
2、在使用中已损坏的或磨损的铸铁件的焊补。这些铸铁件均已机械加工，价格昂贵，其修复的经济利益对企业来说是明显的。
3、焊接配件的生产。把铸铁件与其他铸铁件或其他金属进行焊接可有效提高生产效率，可看成大型铸件出现断裂。

综上所述，高铬铸铁的焊补工艺研究可以帮助企业节省更多的资金资源，大大降低了成本，减少了再次工业生产产生的碳排放，保护了环境。

目前国内外以有多篇论文涉及高铬铸铁的焊补工艺及方法，但大都局限于作者本身所在行业所使用的具体铸铁件。部分对于高铬白口铸铁件的焊补修复的统述，多涵盖于对铸铁相关材料的焊补工艺的教育用书内，并未单独详细成书,且多为低合金（Cr 0.2%~1.2%）白口铸铁。本文写作拟针对含铬量为26%～32%的高铬白口铸铁进行具体相关研究，或可对行业相关进行概括和补充。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

主要问题：含铬量为26%~32%的高铬白口铸铁目前应用最为广泛，本文研究基本目标为12%~20%的高铬白口铸铁的焊补工艺。白口铸铁焊接主要存在两个问题：

1、极易产生热应力裂纹及剥离。白口铸铁组织为连续的渗碳体基体上分布着莱式体与珠光体，其伸长率为0，硬而脆冲击韧性仅为0.3~0.4J/cm2，体积収缩率为4.5%~5.4%，线收缩率为1.6%~2.3%，约为灰铸铁的量的一半。焊接工艺本身特点是热源温度集中，焊接局部被迅速加热融化，焊接接头冷却过程中冷却速度很快，有很大的温度梯度，因而有很大拉伸应力，易产生裂纹。

2、异质焊缝硬度偏低。高铬白口铸铁耐磨度一般高于异质焊缝，可能无法满足材料生产要求。采用硬度高的异质焊缝，在常规焊接工艺下更易产生裂纹；采用塑性好的焊条如Z308，焊缝硬度不能满足耐磨使用性能。

2.2 研究目标

1、焊接方式的确定：焊接方法选择为焊条电弧焊热焊或气焊，可减少温度梯度减小焊接热应力。但白口铸铁一般体型巨大无法加热，接头长时间加热易早场焊接接头和母材性能改变，降低耐磨性，当焊接工艺不当时，易产生裂纹。因此可考虑电弧冷焊法进行焊补。

2、焊条的确定：焊缝金属需要满足以下条件：1、与白口铸铁具有良好的熔合性，结合牢固。2、适当的硬度，保证耐磨性，较高的塑性韧性。3、冷却过程中具有尽量小的收缩系数，减少裂纹产生。

经查目前有两类焊条较为符合上述特点：BT-1,BT-2.二者性能特点如下：

焊条类型	药皮类型	焊芯类型	熔敷金属组织	特点
BT-1	石墨型	Ni-Fe合金	纯奥氏体和球状石墨	药皮中加入适量钡及稀土镁作球化剂。与白口铸铁融合良好，焊缝金属具有较高塑性，低硬度，且球墨析出对焊缝削弱小，具有较高抗裂性，线性膨胀系数与白口铸铁相近，焊接时具有较小焊接热应力，主要用于熔敷焊缝底层
BT-2	CaO-CaF2渣系	H08A	马氏体、碳化物质点和残余奥氏体	熔敷金属的合金系统为C-Cr-Mo-Ni-W-V，与白口铸铁融合良好，焊缝硬度为48~52HRC具有较高耐磨性，同时又具有较高塑性、抗裂性、和抗热疲性。主要用于熔敷白口铸铁工作层。

2.3 技术方案

焊补工艺流程如下：

1、焊前准备：清理缺陷，清除原有裂层。制作坡口，裂层较浅的侧面与底面成100°角斜面坡口，提高抗裂性。裂纹深度较大的缺陷，坡口斜度不宜太大，以减少表层熔合区产生裂纹。

2、焊接顺序：BT-1焊接底层BT-2焊接工作层，形成硬-软-硬组织，既满足性能要求，又提高抗裂性和抗剥落能力。

3、焊接采用大电流加高温锤击，大电流目的为大熔深，使焊缝底部与母材充分融合，因为焊接后焊缝产生很大热应力，所以需要高温锤击消除应力。同时锤击要把握锤击时机锤击次数和锤击力量大小。

4、分块堆焊。由于是为多次焊接，且焊缝不一定为规则形状，所以讲缺陷分块焊接是有必要的。保证每个分块之间有相应且适宜的空间，较少焊接热应力。每个分块焊完后进行填充使其为一体。

焊后清理。焊缝一般高于母材1-2mm，用砂轮机使其与母材于同一平面，以免干扰工作是有必要的。

3. 研究计划与安排

第1－3周：

查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，定料cr含量26%~32%的高铬白口铸铁、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4-7周：

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 杜瑞岭，张杨. 冷轧支承辊辊颈的堆焊修复[j]. 河北冶金, 2017,10:56-57.

[2] 张喜忠,武斌,苏晶. 高铬铸铁的铸造缺陷的焊补工艺:102658417b [p].2014.08.13.

[3] 王永宏. 铸铁同质焊材焊接修复工艺研究 [d]. 兰州理工大学, 2016.