一種用于熱鍛模具修復(fù)的堆焊藥芯焊絲的制作方法
【專利摘要】一種用于熱鍛模具修復(fù)的堆焊藥芯焊絲，屬于焊接材料【技術(shù)領(lǐng)域】。采用碳鋼鋼帶包裹藥芯粉末，所述的藥芯粉末包括以下質(zhì)量百分含量的物質(zhì)：氟化鈉：2～6%；氟化鈣：5～8%；金紅石：3～5.5%；石英：1～5%；高碳鉻鐵：4.3～13.2%；純鉻粉：24.8～38.3%；鎳粉：6～11.3%；鎢鐵粉：1.5～3.5%；電解錳：2.5～5.1%；鉬鐵粉：14.7～27.3%；硅鐵粉：3.6～6.1%；釩鐵粉：0.2～1.4%；余量為還原鐵粉。藥芯焊絲的填充率為20～35%。同現(xiàn)有材料相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）具有很好的熱穩(wěn)定性和耐熱疲勞性能，硬度范圍48-52HRC（2）堆焊金屬具有高抗裂性，無需焊前預(yù)熱、焊后立即熱處理；（3）堆焊工藝性好，焊縫成形美觀。
【專利說明】一種用于熱鍛模具修復(fù)的堆焊藥芯焊絲
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料加工焊接材料領(lǐng)域，具體涉及一種用于熱鍛模具修復(fù)的堆焊藥芯焊絲。
【背景技術(shù)】
[0002]熱鍛模具工況復(fù)雜，在熱鍛過程中，模腔表面金屬受熱使其硬度和強(qiáng)度顯著降低，在承受反復(fù)熱、冷的作用下出現(xiàn)熱疲勞，此外，模腔金屬表面在工況下還會出現(xiàn)變形、氧化、磨損、斷裂等失效形式，使得產(chǎn)品要求達(dá)不到工藝標(biāo)準(zhǔn)。因此，熱鍛模具一般使用幾千次之后就要對模具型腔進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)后的模具可以達(dá)到甚至超過修復(fù)以前的使用周期。
[0003]采用堆焊工藝修復(fù)熱鍛模具，可避免模具整體報(bào)廢，節(jié)省機(jī)加工和熱處理費(fèi)用，縮短模具翻新周期，并能夠有效延長模具的使用壽命，對降低生產(chǎn)成本、合理使用材料具有重要意義。由于熱鍛模具碳當(dāng)量較高，目前廣泛使用的熱鍛模具修復(fù)藥芯焊絲，必須將熱鍛模具焊前預(yù)熱450°C左右，焊后立即回火熱處理，以保證修復(fù)處不開裂，導(dǎo)致工效降低、勞動強(qiáng)度增大。此外，廣泛使用的堆焊合金回火熱處理后硬度低于45HRC，且熱穩(wěn)定性差。因此，開發(fā)一種無需焊前預(yù)熱、焊后緩冷，回火穩(wěn)定性好，并滿足工況硬度高于45HRC的熱鍛模具堆焊藥芯焊絲具有重要意義。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的在于解決當(dāng)前堆焊材料出現(xiàn)的抗裂性不足的問題，同時(shí)具有很高的熱穩(wěn)定性及硬度，550°C回火后硬度可保持48-52HRC，優(yōu)于傳統(tǒng)產(chǎn)品。
[0005]一種用于熱鍛模具修復(fù)的堆焊藥芯焊絲，采用碳鋼鋼帶包裹藥芯粉末，藥芯焊絲填充率為20?35%，其特征在于:藥芯焊絲由氟化鈉、氟化鈣、金紅石、石英和合金粉組成，所述合金粉包括高碳鉻鐵粉、純鉻粉、鎳粉、鶴鐵粉、電解猛、鑰鐵粉、娃鐵粉、f凡鐵粉、還原鐵粉。
[0006]進(jìn)一步，所述的藥芯粉末包括以下質(zhì)量百分含量的物質(zhì):氟化鈉:2?6% ;氟化鈣:5?8% ;金紅石:3?5.5% ;石英:1?5% ;高碳鉻鐵:4.3?13.2% ;純鉻粉:24.8?38.3% ；鎳粉:6?11.3% ;鎢鐵粉:1.5?3.5% ；電解錳:2.5?5.1% ;鑰鐵粉:14.7?27.3% ;硅鐵粉:3.6?6.1% ;釩鐵粉:0.2?1.4% ;余量為還原鐵粉。
[0007]采用所述的一種用于熱鍛模具修復(fù)的堆焊藥芯焊絲制備堆焊合金的方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0008]步驟1，按照所述的藥芯焊絲配制藥芯粉末，軋制，最終獲得直徑為2.4mm的藥芯焊絲;
[0009]步驟2，采用二氧化碳?xì)怏w、或體積百分比為80%氬氣和20% 二氧化碳的混合氣體保護(hù)焊工藝制備堆焊合金，焊接工藝參數(shù)為:電壓:24-28V ;電流:280-320A ;送絲速度:430-460mm/min ;氣體流速:18_23L/min ;焊絲伸出導(dǎo)電嘴的長度:14_28mm。
[0010]所獲得熔敷金屬中合金兀素的質(zhì)量百分含量在以下范圍內(nèi):C:0.05?0.25% ;Cr:8.5 ~13.5% ;N1:1 ~2.6% ；ff:0.2 ~1.2% ；Mn:0.45 ~0.8% ；Mo:2.5 ~4.3% ；S1:0.1 ~0.6% ；V:0.05 ~0.25% ；Fe:余量。
[0011]優(yōu)選所述藥芯焊絲中藥芯成分質(zhì)量百分含量為:氟化鈉:3~5% ;氟化鈣:5.5~
7.5% ;金紅石:3.5~5% ;石英:2~4.3% ;高碳鉻鐵:5.3~10.8% ;純鉻粉:25.8~36.9% ；鎳粉:6.5~10.3% ；電解錳:3~4.6% ;鑰鐵粉:15.7~26.3% ;娃鐵粉:3.8~5.6% ;銀鐵粉:0.3~1.3% ;余量為還原鐵粉。
[0012]所獲得熔敷金屬中合金元素的質(zhì)量百分含量在以下范圍內(nèi):C:0.1~0.2% ;Cr:9 ~13% ；N1:1.6 ~2% ；ff:0.3 ~1.1% ；Mn:0.5 ~0.65% ；Mo:2.7 ~4.1% ；S1:0.2 ~0.5% ；
V:0.I ~0.2% ；Fe:余量。
[0013]其中各種粉作用如下:
[0014]氟化物:對熔渣起稀釋作用，降低熔渣熔點(diǎn)，增加熔渣的流動性，有利于降低堆焊金屬中的氫含量。
[0015]金紅石:改善熔渣覆蓋性、脫渣性，并起到穩(wěn)弧作用。
[0016]石英:使熔渣具有良好的覆蓋性能。
[0017]高碳鉻鐵:向焊縫金屬過渡碳元素。在堆焊材料設(shè)計(jì)中，碳是最重要的強(qiáng)化元素，也是致脆元素。碳具有間隙固溶強(qiáng)化的作用，增加材料中碳的含量，將促進(jìn)馬氏體的形成。但碳含量過高，易獲得片狀馬氏體，其亞結(jié)構(gòu)為孿晶，雖然對強(qiáng)度有利，但對韌性不利。高的碳含量還會促進(jìn)碳化物的粗化，降低鋼的性能。此外，高的碳含量還會增加堆焊合金碳當(dāng)量，增加焊縫產(chǎn)生脆化和裂紋傾向。因此本發(fā)明設(shè)計(jì)堆焊合金中C含量為0.05~0.25wt.%，有效簡化了焊前預(yù)熱、焊后緩冷工藝，對應(yīng)藥芯焊絲中加入的高碳鉻鐵含量為
4.3 ~13.2wt.%。
[0018]純鉻粉:可顯著提高合金的淬透性，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化，促進(jìn)馬氏體的形成，并提高熱疲勞裂紋抗力。
[0019]鎳粉:鎳可以提高奧氏體穩(wěn)定性，增加殘余奧氏體量，提高堆焊金屬的塑、韌性，降
低馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度Ms點(diǎn)，從而使中、高碳鋼在免預(yù)熱，免熱處理的條件下堆焊也不開
m
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[0020]鎢鐵粉:向焊縫金屬過渡鎢元素，W原子半徑大且彈性模量高，會與位錯(cuò)產(chǎn)生交互作用，鎖住位錯(cuò)使其難于運(yùn)動，產(chǎn)生很好的固溶強(qiáng)化作用，因此少量添加W元素即可顯著提高合金的硬度，但W含量過高，易導(dǎo)致堆焊合金熱疲勞性能差，塑韌性降低，易發(fā)生早期斷裂。因此本發(fā)明設(shè)計(jì)堆焊合金中W含量為0.2~1.2wt.%，對應(yīng)藥芯焊絲中加入的鎢鐵含量為 1.5 ~3.5wt.%。
[0021]鑰鐵粉:向焊縫金屬過渡鑰元素，提高堆焊合金的再結(jié)晶溫度，從而有效提高堆焊合金的高溫強(qiáng)度。
[0022]釩鐵粉:向焊縫金屬過 渡釩元素，釩是強(qiáng)碳化物形成元素，起到彌散強(qiáng)化作用，并提高堆焊合金的持久強(qiáng)度。
[0023]電解錳、硅鐵:利用錳硅聯(lián)合脫氧，提高元素過渡系數(shù)。
[0024]還原鐵粉:填補(bǔ)余量。
[0025]本發(fā)明熱鍛模具修復(fù)的堆焊藥芯焊絲的制備方法包括以下步驟:
[0026]將軋鋼帶成U形槽，再向U形槽中加入占本發(fā)明藥芯焊絲總重20~35%[0027]的藥芯粉末；
[0028]將U形槽合口，使藥芯包裹其中，通過拉絲模，逐道拉拔、減徑，最
[0029]后使其直徑達(dá)到2.4mm,得到最終產(chǎn)品。
[0030]熱鍛模具修復(fù)堆焊合金采用二氧化碳或體積百分比為80%氬氣和20% 二氧化碳的混合氣體保護(hù)焊工藝制備，焊接電流選擇280-320A ;電壓24-28V ;送絲速度:430-460mm/min ;氣體流速:18-23L/min ;焊絲伸出導(dǎo)電嘴的長度:14-28mm。采用這一工藝參數(shù)能夠制備出符合熱鍛模具修復(fù)工況要求的堆焊合金層。
[0031]與現(xiàn)有材料相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
[0032]1、堆焊金屬具有高抗裂性，無需焊前預(yù)熱、焊后立即熱處理，堆焊后修復(fù)處不出現(xiàn)裂紋；
[0033]2、具有很好的熱穩(wěn)定性且硬度在45HRC以上，550°C回火后硬度可保持48-52HRC，
滿足高硬度熱鍛模具修復(fù)需要；
[0034]3、堆焊工藝性好:電弧穩(wěn)定、飛濺小、焊縫成形美觀。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0035]圖1:本發(fā)明熱鍛模具修復(fù)堆焊藥芯焊絲堆焊熔敷金屬金相顯微圖；
[0036]圖2:本發(fā)明熱鍛模具修復(fù)堆焊藥芯焊絲堆焊焊縫形貌圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]下面通過實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明決非僅局限于所陳述的實(shí)施例。
[0038]各實(shí)施例中相同部分如下所述:
[0039]1、實(shí)施例中藥芯焊絲外皮選用規(guī)格為12X0.3mm (寬度為12臟，厚度為0.3mm)的碳鋼鋼帶，藥芯焊絲藥芯成分在實(shí)施例中具體說明，所選粉末分別過60目篩子，將所選各種粉末放入混粉機(jī)內(nèi)混合10分鐘，然后將得到的藥芯粉末加入U(xiǎn)形的鋼帶槽中，將U形槽合口，使藥粉包裹其中。然后分別經(jīng)過直徑為:3.55mm、3.2mm、2.9mm、2.75mm、2.6mm、2.5mm、
2.4mm的拉絲模，逐道拉拔、減徑，最后使其直徑達(dá)到2.4mm，得到堆焊藥芯焊絲。
[0040]2、焊絲堆焊過程中將工藝參數(shù)均設(shè)定為:電壓:24_28V ；電流:280_320A ;送絲速度:430-460mm/min ;氣體流速:18_23L/min ;焊絲伸出導(dǎo)電嘴的長度:14-28mm。
[0041]實(shí)施例1
[0042]取氟化鈉500g,氟化韓750g,金紅石500g,石英430g,高碳鉻鐵430g,純鉻粉2480g,純鎳粉600g，鎢鐵粉150g，電解錳510g，鑰鐵粉2730g，硅鐵粉610g，釩鐵粉140g，還原鐵粉170g。將得到的藥芯粉末加入U(xiǎn)形的鋼帶槽中，填充率為30%，將U形槽合口，得到直徑為2.4mm的堆焊藥芯焊絲后，按上述工藝制備堆焊層，所獲得熔敷金屬中合金成分為:C:0.05wt.% ；Cr:8.5wt.% ；Ni:lwt.% ；W:0.2wt.% ；Mn:0.8wt.% ；Mo:4.3wt.% ；S1:0.6wt.% ；
V:0.25wt.% ；Fe:余量。
[0043]實(shí)施例2
[0044]取氟化鈉200g，氟化鈣550g，金紅石350g，石英100g，高碳鉻鐵1320g，純鉻粉3830g，純鎳粉1130g，鎢鐵粉350g，電解錳250g，鑰鐵粉1470g，硅鐵粉360g，釩鐵粉20g，還原鐵粉70g。將得到的藥芯粉末加入U(xiǎn)形的鋼帶槽中，填充率為30%，將U形槽合口，得到直徑為2.4mm的堆焊藥芯焊絲后，按上述工藝制備堆焊層，所獲得熔敷金屬中合金成分為:C:0.25wt.% ；Cr: 13.5wt.% ；N1:2.6wt.% ；ff:1.2wt.% ；Mn:0.45wt.% ；Mo:2.5wt.% ；Si:0.lwt.% ；V:0.05wt.% ；Fe:余量。
[0045]實(shí)施例3
[0046]取氟化鈉600g,氟化韓500g,金紅石550g,石英500g,高碳鉻鐵530g,純鉻粉2580g,純鎳粉650g，鎢鐵粉200g，電解錳460g，鑰鐵粉2630g，硅鐵粉560g，釩鐵粉130g，還原鐵粉110g。將得到的藥芯粉末加入U(xiǎn)形的鋼帶槽中，填充率為30%，將U形槽合口，得到直徑為2.4mm的堆焊藥芯焊絲后，按上述工藝制備堆焊層，所獲得熔敷金屬中合金成分為:C:0.lwt.% ；Cr:9wt.% ；Ni:1.6wt.% ；ff:0.3wt.% ；Mn:0.65wt.% ；Mo:4.lwt.% ；S1:0.5wt.% ；
V:0.2wt.% ；Fe:余量。
[0047]實(shí)施例4
[0048]取氟化鈉300g,氟化鈣800g,金紅石300g,石英200g,高碳鉻鐵1080g,純鉻粉3690g,純鎳粉1030g，鎢鐵粉300g，電解錳300g，鑰鐵粉1570g，硅鐵粉380g，釩鐵粉30g，還原鐵粉20g。將得到的藥芯粉末加入U(xiǎn)形的鋼帶槽中，填充率為30%，將U形槽合口，得到直徑為2.4mm的堆焊藥芯焊絲后，按上述工藝制備堆焊層，所獲得熔敷金屬中合金成分為:C:0.2wt.% ；Cr: 13wt.% ；Ni:2wt.% ；ff:1.lwt.% ；Mn:0.5wt.% ；Mo:2.7wt.% ；S1:0.2wt.% ；V:
0.lwt.% ；Fe:余量。
[0049]對實(shí)例所制備的堆焊層熔敷金屬進(jìn)行硬度實(shí)驗(yàn)、回火穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)、抗裂性實(shí)驗(yàn)，測試結(jié)果如表1所示。
[0050]采用HR-150A洛氏硬度機(jī)測定硬度值，載荷為150kg，對熔敷金屬取十點(diǎn)測硬度，最后得到該藥芯焊絲堆焊層的平均洛氏硬度值。
[0051]回火穩(wěn)定性試驗(yàn)的試樣尺寸大小相同，將試樣放入箱式電阻爐中加熱到設(shè)置的溫度并保溫設(shè)定的時(shí)間后，隨爐冷卻至室溫取出?；鼗饻囟冗x擇550°C，回火時(shí)間分別選用4、
8、12小時(shí)。將每個(gè)不同回火制度下的試樣進(jìn)行常溫硬度試驗(yàn)，用洛氏硬度的變化率來評判該材料的回火穩(wěn)定性的好壞。
[0052]抗裂性試驗(yàn)時(shí)，在保證焊前不預(yù)熱，焊后不進(jìn)行熱處理的前提下，在未經(jīng)過堆焊的熱鍛模具上連續(xù)堆焊3層，焊完后觀測焊道表面，用砂輪打磨平整后再用著色探傷技術(shù)顯示焊道上的裂紋情況。
[0053]表1實(shí)施例1-4熔敷金屬的焊態(tài)硬度、回火后的硬度(HRC)和抗裂性
[0054]
【權(quán)利要求】
1.一種用于熱鍛模具修復(fù)的堆焊藥芯焊絲，采用碳鋼鋼帶包裹藥芯粉末，藥芯焊絲填充率為20?35%，其特征在于:藥芯焊絲由氟化鈉、氟化鈣、金紅石、石英和合金粉組成，所述合金粉包括高碳鉻鐵粉、純鉻粉、鎳粉、鶴鐵粉、電解猛、鑰鐵粉、娃鐵粉、f凡鐵粉、還原鐵粉。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于熱鍛模具修復(fù)的堆焊藥芯焊絲，其特征在于:所添加的藥芯粉末含有以下質(zhì)量百分含量的物質(zhì):氟化鈉:2?6% ;氟化I丐:5?8% ;金紅石:3?5.5% ;石英:1?5% ;高碳鉻鐵:4.3?13.2% ;純鉻粉:24.8?38.3% ;鎳粉:6?11.3% ;鶴鐵粉:1.5?3.5% ;電解錳:2.5?5.1% ;鑰鐵粉:14.7?27.3% ;硅鐵粉:3.6?6.1% ;釩鐵粉:0.2?1.4% ;余量為還原鐵粉。
3.如權(quán)利要求2所述的一種用于熱鍛模具修復(fù)的堆焊藥芯焊絲，其特征在于:藥芯組分的質(zhì)量百分含量是:氟化鈉:3?5% ;氟化|丐:5.5?7.5% ;金紅石:3.5?5% ;石英:2?4.3% ;高碳鉻鐵:5.3?10.8% ;純鉻粉:25.8?36.9% ;鎳粉:6.5?10.3% ;鎢鐵粉:2?3% ；電解錳:3?4.6% ;鑰鐵粉:15.7?26.3% ;娃鐵粉:3.8?5.6% ;銀鐵粉:0.3?1.3% ;余量為還原鐵粉。
4.采用權(quán)利要求1?3任意一項(xiàng)的一種用于熱鍛模具修復(fù)的堆焊藥芯焊絲制備堆焊合金的方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1，按照所述的藥芯焊絲配制藥芯粉末，軋制，最終獲得直徑為2.4mm的藥芯焊絲； 步驟2，采用二氧化碳?xì)怏w、或體積百分比為80%氬氣和20% 二氧化碳的混合氣體保護(hù)焊工藝制備堆焊合金，焊接工藝參數(shù)為:電壓:24-28V ；電流:280-320A ;送絲速度:430-460mm/min ;氣體流速:18_23L/min ;焊絲伸出導(dǎo)電嘴的長度:14_28mm。
5.如權(quán)利要求5所述的方法制備的堆焊合金，其特征在于，堆焊合金中各元素的質(zhì)量百分含量在如下范圍內(nèi):C:0.05 ?0.25% ；Cr:8.5 ?13.5% ;N1:1 ?2.6% ；ff:0.2 ?1.2% ；Mn:0.45 ?0.8% ；Mo:2.5 ?4.3% ；S1:0.1 ?0.6% ；V:0.05 ?0.25% ；Fe:余量。
6.如權(quán)利要求5所述的方法制備的堆焊合金，其特征在于，堆焊合金中各元素的質(zhì)量百分含量在如下范圍內(nèi):c:0.1?0.2% ；Cr:9?13% ；N1:1.6?2% ；ff:0.3?1.1% ；Mn:.0.5 ?0.65% ；Mo:2.7 ?4.1% ；S1:0.2 ?0.5% ；V:0.1 ?0.2% ；Fe:余量。
【文檔編號】B23K35/30GK103862194SQ201410106067
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月20日
【發(fā)明者】賀定勇, 周正, 郭澤策, 王曾潔, 蔣建敏, 王智慧 申請人:北京工業(yè)大學(xué)