一種用于熱作模具修復堆焊的專用焊條的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于焊接材料領域，尤其涉及一種用于熱作模具修復堆焊的專用焊條。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著我國冶金工業及制造業的迅猛發展，模具特別是熱作模具，如熱乳工作輥、熱鍛模、熱擠壓模、熱沖裁模等的用量越來越大，現已成為工業生產中大量應用的消耗件之一。模具在使用過程中由于磨損及熱疲勞等原因會產生剝落、擦傷、磨損等而失效。如何提高它的使用壽命一直是國內外關注的研究熱點。模具的壽命主要取決于模具材料、結構設計、熱處理工藝、加工等幾個方面。我國模具使用壽命只有國外的1/2-1/3，存在精度低、加工周期長的問題。鑒于模具的失效大都由表面開始，從節省能源和資源、充分發揮材料性能潛力并獲得特殊性能和最大技術經濟效益出發，提高和改進模具工作面材料的性能是延長模具使用壽命的關鍵。生產中常采用堆焊的方法在模具坯料上制備合金層，獲得雙金屬模具，既降低了成本，又提高了模具的性能；堆焊也是修復模具延長其壽命的重要技術手段。堆焊需要與各種模具用鋼配套的焊接材料。
[0003]堆焊常用的焊接材料有焊條和焊絲。焊條采用氣渣聯合保護，冶金質量較好，可以通過藥皮和焊芯過渡合金元素，焊縫雜質含量少、潔凈度較高，焊縫具有較高的抗疲勞性能。同時焊條使用靈活，也比較適合模具修復的短焊縫和不規則焊縫工況。因此，焊條常用于小型模具的堆焊修復，人們為此研發了多種熱作模具堆焊焊條，如公布號為CN102240872A的專利“熱鍛模具堆焊修復及再制造用特種焊條”其藥皮化學成分的重量百分比(wt%)為鈦白粉1-3，大理石25-40，螢石10-15，石英3-5，白土子2-4，高碳鉻鐵8-12，高碳錳鐵2-4，硅鐵2-4，鈦鐵6-9，鉬鐵9-11，鈰氧化物4-8，金屬鎳5-8，石墨1_2 ;焊芯為H08A。該焊條采用Cr-N1-Mo合金系，焊條藥皮中高碳鉻鐵的最大含量為12%，熔敷金屬的Cr含量遠低于11 %，難以保證堆焊金屬在800°C及800°C以下具有足夠的抗氧化能力，用于熱作模具堆焊時高溫抗氧化能力較差；該專利焊條加入的碳化物形成元素主要是Cr，Cr的碳化物是間隙化合物，間隙化合物的熔點和硬度不如間隙相的高，加熱時也比較容易分解，氮化物和某些碳化物(如T1、V、Nb的碳化物)形成間隙相，間隙相具有高硬度、高熔點、尺寸細小等優點，但該焊條沒有采用氮化物強化；另外，該焊條起細化晶粒作用的合金元素只有Mo。授權公告號CN2507605Y “模具堆焊焊條”實用新型專利提出了一種管狀焊條用于模具堆焊，該焊條以優質無縫鋼管作導電載體，管外涂有藥皮，管內填充粒狀合金藥芯，末端焊接設有夾持端。該專利沒有涉及藥芯和藥皮的具體配方。焊條雖具有上述優點，但焊條不適于自動焊，堆焊效率較低，在大型熱作模具的堆焊中使用極少。焊絲可用于自動焊，焊接效率高、焊接質量穩定，因此，焊絲是大型模具堆焊常用的焊接材料。焊絲分為實心焊絲和藥芯焊絲，模具堆焊金屬合金元素含量較高，合金元素含量高的實心焊絲制造困難，所以模具堆焊主要用藥芯焊絲，尤以金屬和鐵合金粉末為藥粉主要組成的金屬粉芯焊絲應用最廣，金屬粉芯焊絲合金成分調整容易、制造簡便，焊縫基本無熔渣、多層堆焊無需清渣，焊接生產效率高，也不會產生夾渣缺陷。近年來，人們對研發模具堆焊用金屬粉芯焊絲比較重視，如授權公告號CN1093450C的發明專利“時效馬氏體鋼鎢極氬弧焊金屬粉芯焊絲及其制造方法”公開了一種用于模具堆焊的鎢極氬弧焊用金屬粉芯焊絲，金屬粉芯中各粉料的重量配比為:39-78% Ni,0-26% Co,0-18% Mo,0.2-6% Ti,0.7-1.68% Al,0.2-1.455% Nb，0-0.72 % Re, 0-0.15 % Te, 0-0.25 % Se, 0.02-0.04 % B，0.01-0.02 % Zr,0.01-0.1 % Ca,藥芯占焊絲的重量百分比為30-52%。授權公告號為CN103008924B發明專利“一種用于鍛造模具堆焊的藥芯焊絲及應用”公開了一種用于鍛造模具的堆焊藥芯焊絲，焊絲采用碳鋼鋼帶包裹藥芯粉末，藥芯焊絲填充率為30%?37%，藥芯粉末包括以下質量百分含量的物質:氟化鈣4%?7%，純堿0.5%?3%，石英0.5%?4%，金紅石20Z0?6%，高碳鉻鐵13.6%?27.2%，純鉻粉 13.9%?19.2%，鎳粉 2.2%?5.7%，電解錳 1.8%?4.3%，鉬鐵粉6.3%?13.2%，硅鐵粉2.1 %?5.0%，釩鐵粉0.6%?1.9% ;余量為還原鐵粉。申請號為201410748560.5發明專利“一種熱鍛模具用氣體保護堆焊藥芯焊絲”公開的堆焊藥芯焊絲采用Cr-N1-Mo-W-V-Co合金系，采用CO2氣體保護焊，加入Co提高了耐氧化性、紅硬性、耐磨性能，但成本顯著提高。
[0004]熔敷金屬高溫抗氧化性能優異、耐磨性好、潔凈度高、具有良好抗疲勞性能的堆焊焊條是模具制造與修復再制造急需的焊接材料，目前我國該類焊條的性能與國外還存在較大差距。研發熱作模具堆焊用焊條對于提高熱作模具壽命具有重要意義。
【發明內容】
[0005]針對現有技術的不足，本發明通過焊條配方的優化設計提供一種馬氏體基體的模具堆焊焊條，通過向藥皮中加入納米氮化鉻粉末和氧化釔，使堆焊金屬能夠同時滿足熱作模具高溫抗氧化性、高耐磨性、高潔凈度、抗疲勞性能等技術要求。
[0006]本發明中通過在藥皮中加入納米氮化鉻粉末來改善焊條韌性和抗裂性能，使其能夠達到熱作模具高韌性和抗裂性能的標準要求。同時，納米級粉末活性大，冶金反應劇烈，彌補電弧焊熔池存在時間短、冶金反應不充分的弊端，使其適于電弧焊方法。
[0007]其中，所述的“熱作模具”主要是指錘鍛模具、熱頂鍛模具、熱擠壓模具、熱沖裁模具、精鍛模具或壓鑄模具等。
[0008]具體技術方案如下:
[0009]—種用于熱作模具修復堆焊的專用焊條，由藥皮和焊芯兩部分組成；所述藥皮質量與焊芯質量之比為0.4-0.6:1 ;所述藥皮配方以質量份計如下:大理石20-25，螢石10-15，鈦白粉1-3，石英2-5，云母2-5，純堿0.5-1，電解錳4-8,45#硅鐵2-6，鈦鐵1-4，金屬鉻20-35，高碳鉻鐵20-30，石墨0-5，釩鐵2_6，鉬鐵12-18，鎢粉2_4，鎳粉4_8，納米氮化絡粉1-2，氧化乾粉2_6。
[0010]含有納米氮化鉻粉的堆焊金屬具有優異的高溫硬度、耐磨性能，以及良好的韌性和抗裂性能，因此，納米氮化鉻粉優選作為用于形成熱作模具的堆焊合金粉末的基礎原料使用。
[0011]其中，當納米氮化鉻粉的含量低于I質量份時，高溫硬度、耐磨性能，韌性和抗裂性能不良。另一方面，如果納米氮化鉻粉的含量高于2質量份，堆焊金屬易產生氣孔缺陷，成本亦升高。本發明已確認了下述結果:如果納米氮化鉻粉的含量不低于I質量份且不超過2質量份時，可獲得期待的高溫硬度、耐磨性能，韌性和抗裂性能。
[0012]氧化釔稀土作為除金屬和鐵合金、礦化物、納米氮化鉻以及不可避免的雜質以外的余分而包含的金屬氧化物，其發揮凈化堆焊金屬、球化夾雜物、促使形成氮化物間隙相，提高堆焊金屬的抗疲勞性能的作用。就其含量而言，盡管不能一概而論，但當氧化釔的含量低于2質量份時，可能會導致氧化釔凈化和抗疲勞性能效果減弱。
[0013]另一方面，氧化釔的含量高于6質量份時，可能會導致高溫硬度和耐磨性能下降，因此，本申請中將氧化乾的加入量限定在6質量份以下，因此不會產生上述問題。
[0014]優選地，所述藥皮配方以質量份計如下:大理石22-25，螢石12-15，鈦白粉1.5-3,石英3-5，云母3-5，純堿0.75-1，電解錳6_8，45#硅鐵3_6，鈦鐵2_4，金屬鉻25-35，高碳鉻鐵24-30，石墨2-5，釩鐵3-6，鉬鐵14-18，鎢粉3_4，鎳粉6_8，納米氮化鉻粉1.2_2，氧化釔粉 3-6。
[0015]優選地，所述藥皮配方以質量份計如下:大理石22-24，螢石12-14，鈦白粉1.5-2,石英3-4，云母3-4，純堿0.75-0.85，電解錳6_7，45#硅鐵3_5，鈦鐵2_3，金屬鉻25-30，高碳鉻鐵24-28，石墨2-3，釩鐵3-4，鉬鐵14-16，鎢粉3-3.5，鎳粉6_7，納米氮化鉻粉1.2-1.6，氧化釔粉3-4。
[0016]上述藥皮配方中，電解金屬猛的成分以質量比計Mn含量不小于99.5% ；45#娃鐵的成分以質量比計是40.0%?47.0% Si，0.1 % C，余為Fe和不影響性能的雜質；鈦鐵的成分以質量比計是23 %?35 % Ti，8.5 % Al，5 % Si，2.5 % Mn，余為Fe和不影響性能的雜質；金屬絡的成分以質量比計Cr含量不小于98%;高碳絡鐵的成分以質量比計Cr不小于60%，C為6%?10%，Si不大于3%，S不超過0.04%，P不超過0.04%，余為Fe和不影響性能的雜質；石墨的成分以質量比計是94%?99% C ;銀鐵的成分以質量比計是50% V，0.2% C，2% Si，0.8% Al，余為Fe和不影響性能的雜質；鉬鐵的成分以質量比計是50% Mo，3% Si，余為Fe和不影響性能的雜質；鎢粉的