CN102357742B - 机械刀片的超塑性无氧化焊接镶钢的方法 - Google Patents

机械刀片的超塑性无氧化焊接镶钢的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及机械刀片的制备技术领域，尤其是一种机械刀片的超塑性无氧化焊接镶钢的方法。它包括如下步骤：首先，用氩弧焊沿着高合金钢刃钢与低碳钢刀体的结合面边界焊接封闭使之无继续氧化；其次，在高合金钢刃钢的相变温度附近循环加热使刃钢和刀体达到超细等轴晶组织；然后，用非真空保温辊压力机设备，以波动应变方式及微小应变速率实现超塑性无氧化固相焊接；最后，刀坯进入高温炉加热后，进行高温成型压轧及焊接扩散，轧后堆冷。本发明可获得高合金钢镶接机械刀片的刃钢质量好、镶钢牢固度高的刀坯。本发明勿须真空设备，提高了高合金钢机械刀片镶钢工序的合格率及刃钢质量。

Description

机械刀片的超塑性无氧化焊接镶钢的方法
技术领域
本发明涉及机械刀片的制备技术领域，尤其是一种机械刀片的超塑性无氧化焊接镶钢的方法。
背景技术
机械刀片是造纸、印刷、木材及胶合板等行业的原材料及产品加工的切削刀具，主要以合金刃钢镶接在低碳钢刀体上的镶钢刀片为主，因此，镶钢技术及其牢固度是刀片质量的关键之一。现行的镶钢工艺主要有无氧化热轧镶钢和热轧焊药镶钢，前者的焊接牢固高，已成为发展方向。但是，高合金钢刃钢热轧镶钢必须在高于钢的锻轧温度上进行，加热温度达到1200℃～1240℃，始轧温度1140℃～1180℃温度，温度往往超过刃钢工艺规范，加热温度过高常会发生钢面烧伤；而且，单道压轧比大（0.1～0.2），动力消耗也大，不但会因刃钢与低碳钢高温塑性差别大，妨碍了各道压轧焊接的连续性，还会从带状缺陷产生内裂纹，是造成高合金钢刃钢镶钢机械刀片废品率过高的根源，已经成为高合金钢机械刀片生产的瓶颈。因此，研究降低压轧温度、减小单道轧下量、又能提高焊接牢固度的新工艺技术，是高合金钢镶钢机械刀片生产急需解决的技术难题。近些年来研究证明，金属材料在一定温度下具有超细晶粒组织，在该温度下以低变形速率条件下会出现超塑性，塑性流变应力很低，常常是非超塑性流变应力的10%左右，但可以获得超常的塑性变形。现在，国内外又研究利用超塑性变形机制，在变形前期以较低的压力使接触面的紧密结合，实现短时间施压的固相焊接，可获得焊接强度达到基材强度水平。但是，加热施压要在真空条件下进行，对于长度为3m～5m的大型机械刀片是难于实现真空加热及施压的。然而，采用专利ZL200510028805.8技术中的氩弧焊沿着刃钢与低碳钢刀体的结合面边界焊接封闭使之无继续氧化的方法，可完全在非真空条件下实现超塑性无氧化焊接。
发明内容
为了克服现有的刃钢与低碳钢高温塑性差别大，妨碍了各道压轧焊接的连续性的不足，本发明提供了一种机械刀片的超塑性无氧化焊接镶钢的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种机械刀片的超塑性无氧化焊接镶钢的方法，包括如下步骤：
首先，用氩弧焊沿着高合金钢刃钢与低碳钢刀体的结合面边界焊接封闭使之无继续氧化；
其次，在高合金钢刃钢的相变温度附近循环加热使高合金钢刃钢和低碳钢刀体达到超细等轴晶组织，其工艺技术条件为：
（1）在箱式空气介质炉升温至840℃保温后再降温至700℃保温20分钟，循环2～4次；
（2）高合金钢刃钢晶粒度1μm～5μm，低碳钢刀体晶粒度＜10μm，达到超塑性变形的显微组织条件；
然后，用非真空保温辊压力机设备，以波动应变方式及微小应变速率实现超塑性无氧化固相焊接，其工艺条件为：
（1）往返进给施压1min～5min；
（2）应变速率＜10-3/sec，压下量以仪表控制；
（3）保温滑道温度450℃～550℃，刀片坯料温度720℃～860℃；高合金钢刃钢保持超细晶，低碳钢刀体中铁素体和珠光体被分割细化，焊缝紧密结合；
最后，刀片坯料进入高温炉加热后，进行高温成型压轧及焊接扩散，其工艺条件为：
（1）加热温度＜1150℃，始轧温度1050℃～1080℃；
（2）三道次压轧，单道次压下量＜0.08，总压下量＜0.20；
（3）终轧温度＞880℃，轧后喷水冷却，刀坯表面冷至750℃后堆冷。
本发明的有益效果是，与现有的超塑性固相焊接技术以及高合金工具钢机械刀片镶钢技术比较，本发明的优点在于：
（1）用氩弧焊沿着高合金钢刃钢与Q235低碳钢刀体的结合面边界焊接封闭使之无继续氧化，代替真空条件下加热施压，为大型机械刀片工件超塑性焊接工程化创造了有利的条件；
（2）利用金属超塑性原理，在780℃～840℃中温实施焊接镶钢，既实施了超塑性无氧化焊接，也为高温压轧成型提供了预热条件和焊接扩散基础，经过高温二次焊接扩散过程，保证了焊接牢固度；
（3）高温压轧加热最高温度低于原工艺80℃～100℃，处于高合金钢锻轧规范之内，避免了高合金钢的过热过烧现象，提高了刃钢热加工过程的内在质量，为提高镶钢工序的半成品率和产品质量提供了保证。
（4）减小了高温压轧比和单道压下量，避免了因高合金钢与低碳钢塑性差别过大而造成的各道次焊接的不连续性，降低了动力消耗，克服了高合金钢压轧过程的内裂现象，也提高了镶钢工序的半成品率。
超塑性焊接是目前双金属固相焊接领域的高新技术，该技术在机械刀片上的应用，必将为我国高合金钢镶钢机械刀片在工艺技术和产品质量上占据领先地位发挥有效的作用。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是高合金钢刃钢与Q235低碳钢刀体氩弧焊连接示意图；
图2是图1的A-A视图；
图3是超塑性焊接施压示意图；
图4是超塑性焊接组织金相图×2000；
图5是高温压轧后镶钢组织金相图×2000。
图中1、高合金钢刃钢，2、焊缝，3、低碳钢刀体，4、保温滑道，4、压力辊，5、刀片坯料。
具体实施方式
一种机械刀片超塑性无氧化焊接镶钢技术，首先，用氩弧焊沿着高合金钢刃钢与Q235低碳钢刀体的结合面边界焊接封闭使之无继续氧化，如图1所示。
其次，在高合金钢刃钢的α→γ相变温度附近循环加热使刃钢和刀体达到超细等轴晶组织，其工艺技术条件为：
（1）在箱式空气介质炉升温至840℃保温后再降温至700℃保温20分钟，循环2～4次；
（2）高合金刃钢晶粒度1μm～5μm，Q235钢刀体晶粒度＜10μm，达到超塑性变形的显微组织条件；
然后，用非真空保温辊压力机设备，以波动应变方式及微小应变速率实现超塑性无氧化固相焊接，其工艺条件为：
（1）往返进给通过压力辊4施压1min～5min；
（2）应变速率＜10-3/sec，压下量以仪表控制；
（3）保温滑道3温度450℃～550℃，刀片坯料5温度780℃～840℃，实现超塑性无氧化焊接，如图3所示。
超塑性焊接组织金相如图4所示，刃钢保持超细晶，刀体中铁素体和珠光体被分割细化，焊缝紧密结合。
最后，刀坯进入高温炉加热后，进行高温成型压轧及焊接扩散，其工艺条件为：
（1）加热温度＜1150℃，始轧温度1050℃～1080℃；
（2）三道次压轧，单道次压下量＜0.08，总压下量＜0.20；
（3）终轧温度＞880℃，轧后喷水冷却，刀坯表面冷至750℃后堆冷；其组织金相组织如图5所示，刃钢碳化物均匀，刀体铁素体晶粒增大，珠光体压轧呈链状，焊缝扩散结合。
其中：（1）高合金钢镶钢机械刀片的刃钢材料有多种，超细晶热处理循环加热温度大部分在700℃～840℃之间，有的钢相变点高，则选择在720℃～860℃之间；
（2）高合金钢与低碳钢的相变点不同，在同一温度下循环热处理，各自的晶粒细化程度不同。晶粒越细化，实现超塑性焊接的施压时间可以缩短，因此，施压时间在1min～5min范围内选择。
以下是高合金钢机械刀片超塑性无氧化焊接镶钢试验过程实施例：
实施例1和2的高合金钢刃钢和低碳钢刀体材料如下表1所示：
表1  实施例1和实施例2的刃钢和刀体材料成分
Figure DEST_PATH_IMAGE002
实施例1和2的工艺参数及焊接牢固度如表2所示：
表2  实施例1和实施例2的工艺参数及焊接牢固度
Figure 2011103222772100002DEST_PATH_IMAGE004
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，无论机械刀片刃钢采用何种成分工具钢材料，以中温超塑性焊接为基础的等同技术方案也应该属于本发明的范畴，均应是权利要求所限定。

Claims (1)

1. 一种机械刀片的超塑性无氧化焊接镶钢的方法，其特征是，它包括如下步骤：
首先，用氩弧焊沿着高合金钢刃钢与低碳钢刀体的结合面边界焊接封闭使之无继续氧化；
其次，在高合金钢刃钢的相变温度附近循环加热使高合金钢刃钢和低碳钢刀体达到超细等轴晶组织，其工艺技术条件为：
（1）在箱式空气介质炉升温至840℃保温后再降温至700℃保温20分钟，循环2～4次；
（2）高合金钢刃钢晶粒度1μm～5μm，低碳钢刀体晶粒度＜10μm，达到超塑性变形的显微组织条件；
然后，用非真空保温辊压力机设备，以波动应变方式及微小应变速率实现超塑性无氧化固相焊接，其工艺条件为：
（1）往返进给施压1min～5min；
（2）应变速率＜10-3/sec，压下量以仪表控制；
（3）保温滑道温度450℃～550℃，刀片坯料温度720℃～860℃；高合金钢刃钢保持超细晶，低碳钢刀体中铁素体和珠光体被分割细化，焊缝紧密结合；
最后，刀片坯料进入高温炉加热后，进行高温成型压轧及焊接扩散，其工艺条件为：
（1）加热温度＜1150℃，始轧温度1050℃～1080℃；
（2）三道次压轧，单道次压下量＜0.08，总压下量＜0.20；
（3）终轧温度＞880℃，轧后喷水冷却，刀坯表面冷至750℃后堆冷。
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