CN102814604B

CN102814604B - 一种用于锤锻模具修复的堆焊药芯焊丝及制备方法

Info

Publication number: CN102814604B
Application number: CN201210225213.5A
Authority: CN
Inventors: 周正; 蒋建敏; 孙昊; 贺定勇; 赵秋颖; 崔丽; 王智慧; 李晓延
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2012-06-28
Filing date: 2012-06-28
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2032-06-28
Also published as: CN102814604A

Abstract

一种用于锤锻模具修复的堆焊药芯焊丝及制备方法，属于药芯焊丝领域。采用碳钢钢带包裹药芯粉末，填充率20-35%，药芯粉末：氟化钙4%-12%；纯碱0.5-4.5%；石英0.5-4.5%；金红石2-12%；铬铁粉8.5-17%；镍粉5-11%；电解锰4-11%；钼铁3-6.5%；硅铁1.7-11%；钒铁0.5-2.1%；余量铁粉；使熔敷合金元素：C：0.1-0.27%；Cr：1.2-2.2%；Ni：1-2.3%；Mn：0.74-2%；Mo：0.45-1%；Si：0.16-1.1%；V：0.05-0.22%；Fe余量。该焊丝效率高，工艺性能好，具有高温硬度和耐热疲劳性能。

Description

一种用于锤锻模具修复的堆焊药芯焊丝及制备方法

技术领域

本发明属于药芯焊丝领域，具体涉及一种用于锤锻模具修复的药芯焊丝。

背景技术

传统锤锻模具钢为均质材料，其高温服役性能的局限性严重制约了锤锻模具使用寿命的提高。采用堆焊技术对模具的表面进行处理，可以节省大量的贵重金属，提高材料的使用寿命，具有很大的经济效益。特别是在一些特殊环境下工作的模具零件，其表面磨损很严重，有的甚至破碎或断裂。采用堆焊工艺进行修复，能够有效提高工件的使用寿命或者修复废旧工件，既提高耐磨性，延长零件使用寿命，减少更换磨损件的时间，又节省贵重材料，降低成本，改进产品设计，尤其是对合理使用材料(特别是贵重金属)具有重要意义。目前国内进行锤锻模具修复主要采用堆焊焊条，效率比较低。采用药芯焊丝修复，可以实现连续焊接，提高生产效率，而且药芯焊丝的焊渣远远少于焊条的焊渣，提高了熔敷率，减少了清渣的工作量。

发明内容

本发明针对锤锻模具修复中存在的问题，提供了一种锤锻模具堆焊修复用药芯焊丝，该焊丝具有焊接效率高，焊接工艺性能好，同时具有很高的红硬性、韧性、热稳定性和抗热疲劳性能，优于传统产品。

本发明所提供的一种锤锻模具修复用铁基堆焊药芯焊丝，采用碳钢钢带包裹药芯粉末，药芯焊丝填充率为20-35%，所述的药芯粉末包括以下质量百分含量的物质：氟化钙：4%-12%；纯碱：0.5%-4.5%；石英：0.5%-4.5%；金红石：2%-12%；铬铁粉：8.5%-17%；镍粉：5%-11%；电解锰：4%-11%；钼铁：3%-6.5%；硅铁：1.7%-11%；钒铁：0.5%-2.1%；余量为还原铁粉。

使所获得熔敷金属中合金元素的质量百分含量在以下范围内：C：0.1-0.27%；Cr：1.2%-2.2%；Ni：1%-2.3%；Mn：0.74%-2%；Mo：0.45%-1%；Si：0.16-1.1%；V：0.05%-0.22%；Fe：余量。

优选所述药芯焊丝中药芯成分质量百分含量为：氟化钙：5%-12%；纯碱：1%-4.5%；氟化钙：5%-10%；纯碱：1%-4%；石英：1%-4%；金红石：3%-10%；铬铁粉：9%-16%；镍粉：6%-10.5%；电解锰：5%-10.5%；钼铁：4%-6%；硅铁：2%-10%；钒铁：0.8%-2%；余量为还原铁粉。

使所获得熔敷金属中合金元素的质量百分含量在以下范围内：C：0.13-0.25%；Cr：1.3%-2%；Ni：1.2%-2.2%；Mn：0.9%-1.9%；Mo：0.6%-0.94%；Si：0.19-1%；V：0.08%-0.2%；Fe：余量。

进一步优选所述药芯焊丝中药芯成分质量百分含量为：氟化钙：6%-9%；纯碱：2%-3.5%；石英：2%-3.5%；金红石：4.5%-9%；铬铁粉：9.5%-15%；镍粉：6.5%-10%；电解锰：5.5%-10%；钼铁：4.5%-5.5%；硅铁：2.5%-9%；钒铁：0.9%-1.9%；余量为还原铁粉。

使所获得熔敷金属中合金元素的质量百分含量在以下范围内：C：0.15~0.23%；Cr：1.35%~1.9%；Ni：1.3%~2.1%；Mn：1%~1.8%；Mo：0.68%~0.86%；Si：0.23~0.9%；V：0.09%~0.19%；Fe：余量。

本发明锤锻模具修复堆焊药芯焊丝的制备方法包括以下步骤：

1、将轧钢带成U形槽，再向U形槽中加入占本发明药芯焊丝总重20~35%的药芯粉末；

2、将U形槽合口，使药芯包裹其中，通过拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到1.6mm-2.4mm,优选1.6mm，得到最终产品。

锤锻模具修复堆焊合金采用二氧化碳或体积百分比为80%氩气和20%二氧化碳的混合气体保护焊工艺制备，焊接电流选择180-240A；电压20-25V；送丝速度：430-460mm/min；气体流速：18-23L/min；焊丝伸出导电嘴的长度：14-28mm。采用这一工艺参数能够制备出符合锤锻模具工况要求的堆焊合金层。

与现有材料相比，本发明的优点是：

堆焊工艺性好：电弧稳定、飞溅小、易脱渣、焊丝抗裂性好，用本发明的药芯焊丝堆焊修复失效模具可以保证堆焊合金在高温下具有良好的抗回火软化性能，具有很好的高温硬度和耐热疲劳性能，可以实现连续焊接，提高生产效率，锤锻模具堆焊修复药芯焊丝堆焊焊缝形貌完美。

附图说明

图1：本发明锤锻模具堆焊修复药芯焊丝堆焊焊缝形貌图；

图2：本发明锤锻模具堆焊修复药芯焊丝堆焊熔敷金属金相显微图。

具体实施方式

下面通过实施例进一步阐明本发明的实质性特点和显著优点，本发明决非仅局限于所陈述的实施例。

各实施例中相同部分如下所述：

1、实施例中药芯焊丝外皮选用规格为12×0.3mm（宽度为12mm，厚度为0.3mm）的SPCC碳钢钢带，药芯焊丝药芯成分在实施例中具体说明，所选粉末分别过60目筛子，将所选各种粉末放入混粉机内混合10分钟，然后将得到的药芯粉末加入U形的钢带槽中，将U形槽合口，使药粉包裹其中。然后分别经过直径为：3.2mm、3.0mm、2.8mm、2.6mm、2.4mm、2.2mm、2.0mm、1.8mm、1.6mm的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到1.6mm，得到钻杆耐磨带堆焊药芯焊丝。

2、焊丝堆焊过程中将工艺参数均设定为：电压：20-25V；电流：180-240A；送丝速度：430-460mm/min；气体流速：18-23L/min；焊丝伸出导电嘴的长度：14-28mm。

实施例1

取氟化钙400g，纯碱50g，石英50g，金红石200g，铬铁粉850g，纯镍粉500g，电解锰400g，钼铁粉300g，硅铁粉170g，钒铁粉50g，还原铁粉7.03kg。将得到的药芯粉末加入U形的钢带槽中，填充率为20%，将U形槽合口，得到直径为1.6mm的钻杆耐磨带堆焊药芯焊丝后，按上述工艺制备堆焊层，所获得熔敷金属中合金成分为：C：0.1wt.%；Cr：1.2wt.%；Ni：1wt.%；Mn：0.74wt.%；Mo：0.45wt.%；Si：0.16wt.%；V：0.05wt.%；Fe：余量。

实施例2

取氟化钙500g，纯碱100g，石英100g，金红石300g，铬铁粉900g，纯镍粉600g，电解锰550g，钼铁粉400g，硅铁粉200g，钒铁粉80g，还原铁粉76.27kg。将得到的药芯粉末加入U形的钢带槽中，填充率为20%，将U形槽合口，得到直径为1.6mm的钻杆耐磨带堆焊药芯焊丝后，按上述工艺制备堆焊层，所获得熔敷金属中合金成分为：C：0.13wt.%；Cr：1.3wt.%；Ni：1.2wt.%；Mn：0.9wt.%；Mo：0.6wt.%；Si：0.19wt.%；V：0.08wt.%；Fe：余量。

实施例3

取氟化钙600g，纯碱200g，石英200g，金红石450g，铬铁粉950g，纯镍粉650g，电解锰550g，钼铁粉450g，硅铁粉250g，钒铁粉90g，还原铁粉5.61kg。将得到的药芯粉末加入U形的钢带槽中，填充率为20%，将U形槽合口，得到直径为1.6mm的钻杆耐磨带堆焊药芯焊丝后，按上述工艺制备堆焊层，所获得熔敷金属中合金成分为：C：0.15wt.%；Cr：1.35wt.%；Ni：1.3wt.%；Mn：1wt.%；Mo：0.68wt.%；Si：0.23wt.%；V：0.09wt.%；Fe：余量。

实施例4

取氟化钙900g，纯碱350g，石英350g，金红石900g，铬铁粉1.5kg，纯镍粉1kg，电解锰1kg，钼铁粉550g，硅铁粉900g，钒铁粉190g，还原铁粉2.71kg。将得到的药芯粉末加入U形的钢带槽中，填充率为20%，将U形槽合口，得到直径为1.6mm的钻杆耐磨带堆焊药芯焊丝后，按上述工艺制备堆焊层，所获得熔敷金属中合金成分为：C：0.23wt.%；Cr：1.9wt.%；Ni：2.1wt.%；Mn：1.8wt.%；Mo：0.86wt.%；Si：0.9wt.%；V：0.19wt.%；Fe：余量。

实施例5

取氟化钙1kg，纯碱400g，石英400g，金红石1kg，铬铁粉1.6kg，纯镍粉1.05kg，电解锰1.05kg，钼铁粉600g，硅铁粉1kg，钒铁粉200g，还原铁粉7.03kg。将得到的药芯粉末加入U形的钢带槽中，填充率为20%，将U形槽合口，得到直径为1.6mm的钻杆耐磨带堆焊药芯焊丝后，按上述工艺制备堆焊层，所获得熔敷金属中合金成分为：C：0.25wt.%；Cr：2wt.%；Ni：2.2wt.%；Mn：1.9wt.%；Mo：0.94wt.%；Si：1wt.%；V：0.2wt.%；Fe：余量。

实施例6

取氟化钙1.2kg，纯碱450g，石英450g，金红石1.2kg，铬铁粉1.7kg，纯镍粉1.1kg，电解锰1.1kg，钼铁粉650g，硅铁粉1.1kg，钒铁粉210g，还原铁粉7.03kg。将得到的药芯粉末加入U形的钢带槽中，填充率为20%，将U形槽合口，得到直径为1.6mm的钻杆耐磨带堆焊药芯焊丝后，按上述工艺制备堆焊层，所获得熔敷金属中合金成分为：C：0.27wt.%；Cr：2.2wt.%；Ni：2.3wt.%；Mn：2wt.%；Mo：1wt.%；Si：1.1wt.%；V：0.22wt.%；Fe：余量。

对实例所制备的堆焊层熔敷金属进行硬度实验、回火稳定性实验，测试结果如表1所示，锤锻模具堆焊修复药芯焊丝堆焊焊缝形貌图见图1；锤锻模具堆焊修复药芯焊丝堆焊熔敷金属金相显微图见图2。

采用HR-150A洛氏硬度机测定硬度值，载荷为150kg，对熔敷金属取十点测硬度，最后得到该药芯焊丝堆焊层的平均洛氏硬度值。

回火稳定性试验的试样尺寸大小相同，将试样放入箱式电阻炉中加热到设置的温度并保温设定的时间后，随炉冷却至室温取出。回火温度选择550℃，回火时间分别选用4、8、12小时。将每个不同回火制度下的试样进行常温硬度试验，用洛氏硬度的变化率来评判该材料的回火稳定性的好坏。

表1实施例1-6熔敷金属的焊态硬度、不同回火下的硬度(HRC)

Claims

1.一种用于锤锻模具修复的堆焊药芯焊丝，其特征在于，采用碳钢钢带包裹药芯粉末，药芯焊丝填充率为20-35%，所述的药芯粉末包括以下质量百分含量的物质：氟化钙：4%-12%；纯碱：0.5%-4.5%；石英：0.5%-4.5%；金红石：2%-12%；铬铁粉：8.5%-17%；镍粉：5%-11%；电解锰：4%-11%；钼铁：3%-6.5%；硅铁：1.7%-11%；钒铁：0.5%-2.1%；余量为还原铁粉；

使所获得熔敷金属中合金元素的质量百分含量在以下范围内：C：0.1%-0.27%；Cr：1.2%-2.2%；Ni：1%-2.3%；Mn：0.74%-2%；Mo：0.45%-1%；Si：0.16%-1.1%；V：0.05%-0.22%；Fe：余量。

2.按照权利要求1的堆焊药芯焊丝，其特征在于，所述药芯焊丝中药芯成分质量百分含量为：氟化钙：5%-12%；纯碱：1%-4.5%；石英：1%-4%；金红石：3%-10%；铬铁粉：9%-16%；镍粉：6%-10.5%；电解锰：5%-10.5%；钼铁：4%-6%；硅铁：2%-10%；钒铁：0.8%-2%；余量为还原铁粉；

3.按照权利要求1的堆焊药芯焊丝，其特征在于，所述药芯焊丝中药芯成分质量百分含量为：氟化钙：6%-9%；纯碱：2%-3.5%；石英：2%-3.5%；金红石：4.5%-9%；铬铁粉：9.5%-15%；镍粉：6.5%-10%；电解锰：5.5%-10%；钼铁：4.5%-5.5%；硅铁：2.5%-9%；钒铁：0.9%-1.9%；余量为还原铁粉；

所获得熔敷金属中合金元素的质量百分含量在以下范围内：C：0.15～0.23%；Cr：1.35%～1.9%；Ni：1.3%～2.1%；Mn：1%～1.8%；Mo：0.68%～0.86%；Si：0.23～0.9%；V：0.09%～0.19%；Fe：余量。

4.制备权利要求1的堆焊药芯焊丝的方法，其特征在于，将轧钢带成U形槽，再向U形槽中加入占药芯焊丝总重20～35%的药芯粉末；将U形槽合口，使药芯包裹其中，通过拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到1.6mm-2.4mm。

5.按照权利要求4的方法，其特征在于，直径为1.6mm。

6.采用权利要求1的堆焊药芯焊丝修复锤锻模具的方法，其特征在于，包括以下条件：采用二氧化碳或体积百分比为80%氩气和20%二氧化碳的混合气体保护焊工艺，焊接电流选择180-240A；电压20-25V；送丝速度：430-460mm/min；气体流速：18-23L/min；焊丝伸出导电嘴的长度：14-28mm。