制动毂用 Mn-V 合金钢焊接性分析

为了满足超深井钻探的要求，针对抽油机制动毂的过度磨损和热疲劳开裂问题做了大量工作。一方面，通过技术创新，提高材料的耐磨性，延长制动毂的使用寿命。例如，在 Q345A 基体上堆焊一层耐磨材料，以提高制动毂的耐磨性，或者采用铸造结构代替，通过锻造获得更致密、更精细、更均匀的结构，从而提高材料的耐磨性。另一方面，开发新的耐磨材料和复合材料，如在铬钼钢中加入稀土，提高制动毂的耐磨性和热强度，增加制动毂的使用寿命。然而，堆焊法生产效率低，通常只能作为制动毂磨损后的尺寸修补；锻造制动毂需要大型轧环设备，且加热工序增多，增加了生产成本；Cr-Mo 钢中含有贵金属，增加了材料成本。因此，开发一种低成本、高耐磨的新型铸造制动毂材料，对延长制动毂的使用寿命具有重要的工程意义。

本文使用的 Mn-V 合金是国内一家石油装备公司自主研发的新材料。它具有良好的热强度和耐磨性，能满足制动毂在恶劣工况下的使用要求。具有良好的经济效益。但通过笔者的调查和油田统计发现，该材料的焊接接头在长期使用过程中容易产生裂纹，在一定程度上影响了该材料的应用。本文通过对该材料的焊接试样进行分析，以期改善该材料的焊接性能。

实验测试板由碱性酚醛树脂砂铸造而成。树脂砂的比例为 1.6%树脂、0.4%固化剂，其余为砂。砂是新砂和旧砂的混合物，新砂和旧砂的比例为 1：3。切割冒口后，铸件在 1100℃下正火。正火保温时间为 6 小时。正火后的铸坯加工成 530mm×180mm×25mm 的试板，开 60°V 槽，采用 Φ1. 2mm JQ-MG50-6 焊丝进行 GMAW 多层多道焊。焊接前将试样预热至 150°C，控制层间温度不超过 300°C，焊接后缓慢冷却。

制动毂用 Mn-V 钢焊接后，接头具有一定的淬透性，容易造成接头脆裂。焊接后对接头进行时效处理，通过第二相强化和细晶粒强化，提高了焊接接头的塑韧性，改善了接头的综合力学性能。在 500°C 下时效处理 30 分钟，样品获得了最佳的机械性能，屈服强度达到 560MPa，抗拉强度达到 715MPa。热影响区是整个接头的薄弱环节，拉伸试样均在焊接接头的热影响区断裂。焊接后对制动毂进行时效处理可提高接头的塑性韧性，时效后接头将由脆性断裂转变为韧性断裂。当时效温度超过 300℃，时效时间为 30 分钟时，表现为塑性断裂。