CN103008924B - 一种用于锻造模具堆焊的药芯焊丝及应用 - Google Patents

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Abstract

一种用于锻造模具堆焊的药芯焊丝及应用，属于材料加工焊接材料领域。采用碳钢钢带包裹药芯粉末，药芯焊丝填充率为30％～37％，所述的药芯粉末包括以下质量百分含量的物质：氟化钙：4％～7％；纯碱：0.5％～3％；石英：0.5％～4％；金红石：2％～6％；高碳铬铁：13.6％～27.2％；纯铬粉：13.9％～19.2％；镍粉：2.2％～5.7％；电解锰：1.8％～4.3％；钼铁粉：6.3％～13.2％；硅铁粉：2.1％～5.0％；钒铁粉：0.6％～1.9％；余量为还原铁粉。本发明焊丝具有很好的高温硬度和耐热疲劳性能，可以实现连续焊接。

Description

一种用于锻造模具堆焊的药芯焊丝及应用
技术领域
本发明属于材料加工焊接材料领域，具体涉及一种用于锻造模具堆焊的药芯焊丝，它具有焊接效能高、工艺性能好的特点。
背景技术
锻造模具一般使用几千次之后就要对模具型腔进行修复。修复后的模具可以达到甚至超过修复以前的使用周期。目前国内进行锻造模具修复主要是采用堆焊焊条，效率低。采用药芯焊丝修复，可以实现连续焊接，提高生产效率。药芯焊丝的焊渣远远少于焊条的焊渣，提高了熔敷率，减少清渣的工作量。
传统锻造模具钢为均质材料，其高温服役性能的局限性严重制约了锻造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。随着现代工业生产的不断发展，用堆焊方法将药芯焊丝中的高耐磨材料堆焊在廉价材料上，修复外形不合格的金属零部件及产品、或制造双金属零部件，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具有重要意义。
发明内容
本发明针对锻造模具中存在的问题，提供了一种锻造模具堆焊用的药芯焊丝，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。
本发明所提供的锻造模具用铁基堆焊药芯焊丝，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30％～37％，所述的药芯粉末包括以下质量百分含量的物质：氟化钙：4％～7％；纯碱：0.5％～3％；石英：0.5％～4％；金红石：2％～6％；高碳铬铁：13.6％～27.2％；纯铬粉：13.9％～19.2％；镍粉：2.2％～5.7％；电解锰：1.8％～4.3％；钼铁粉：6.3％～13.2％；硅铁粉：2.1％～5.0％；钒铁粉：0.6％～1.9％；余量为还原铁粉。
上述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：0.2～0.4％；Cr：7.8％～12％；Ni：0.7％～1.8％；Mn：0.5％～1.2％；Mo：1％～3％；Si：0.3～0.7％；V：0.1％～0.3％；Fe。
优选所述药芯焊丝中药芯成分质量百分含量为：氟化钙：5％～6％；纯碱：1％～2％；石英：1％～3.5％；金红石：3％～5％；高碳铬铁粉：17.0％～23.8％；纯铬粉：14.9％～18.9％；镍粉：3.2％～4.8％；电解锰：2.5％～3.6％；钼铁粉：6.6％～11.0％；硅铁粉：2.8％～4.3％；钒铁粉：0.9％～1.6％；余量为还原铁粉。
上述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：0.25～0.35％；Cr：8.2％～11.4％；Ni：1％～1.5％；Mn：0.7％～1％；Mo：1.5％～2.5％；Si：0.4～0.6％；V：0.15％～0.25％；Fe。
本发明锻造模具堆焊的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30％～37％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，最后使其直径达到要求（如2.4mm），得到最终产品。
锻造模具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300-330A；电压28-32V；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锻造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，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。
附图说明
图1：本发明实施例3锻造模具堆焊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：3.5mm、3.2mm、2.95mm、2.75mm、2.6mm、2.5mm、2.4mm的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到2.4mm，得到堆焊药芯焊丝。
2、焊丝堆焊过程中将工艺参数均设定为：电压：28-32V；电流：300-330A；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，高碳铬铁1360g，纯铬粉1390g，纯镍粉220g，电解锰180g，钼铁粉630g，硅铁粉210g，钒铁粉60g，还原铁粉5250g。将得到的药芯粉末加入U形的钢带槽中，填充率为35％，将U形槽合口，得到直径为2.4mm的堆焊药芯焊丝后，按上述工艺制备堆焊层，所获得熔敷金属中合金成分为：C：0.2wt.％；Cr：7.8wt.％；Ni：0.7wt.％；Mn：0.5wt.％；Mo：1wt.％；Si：0.3wt.％；V：0.1wt.％；Fe：余量。
实施例2
取氟化钙500g，纯碱100g，石英100g，金红石300g，高碳铬铁粉1700g，纯铬粉1490g，纯镍粉320g，电解锰250g，钼铁粉660g，硅铁粉280g，钒铁粉90g，还原铁粉4210g。将得到的药芯粉末加入U形的钢带槽中，填充率为35％，将U形槽合口，得到直径为2.4mm的堆焊药芯焊丝后，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：8.2wt.％；Ni：1wt.％；Mn：0.7wt.％；Mo：1.5wt.％；Si：0.4wt.％；V：0.15wt.％；Fe：余量。
实施例3
取氟化钙600g，纯碱200g，石英350g，金红石500g，高碳铬铁粉2380g，纯铬粉1890g，纯镍粉480g，电解锰360g，钼铁粉1100g，硅铁粉430g，钒铁粉160g，还原铁粉1550g。将得到的药芯粉末加入U形的钢带槽中，填充率为35％，将U形槽合口，得到直径为2.4mm的堆焊药芯焊丝后，按上述工艺制备堆焊层，所获得熔敷金属中合金成分为：C：0.35wt.％；Cr：11.4wt.％；Ni：1.5wt.％；Mn：1.0wt.％；Mo：2.5wt.％；Si：0.6wt.％；V：0.25wt.％；Fe：余量。
实施例4
取氟化钙700g，纯碱300g，石英400g，金红石600g，高碳铬铁粉2720g，纯铬粉1920，纯镍粉570g，电解锰430g，钼铁粉1320g，硅铁粉500g，钒铁粉190g，还原铁粉350g。将得到的药芯粉末加入U形的钢带槽中，填充率为35％，将U形槽合口，得到直径为2.4mm的堆焊药芯焊丝后，按上述工艺制备堆焊层，所获得熔敷金属中合金成分为：C：0.4wt.％；Cr：12wt.％；Ni：1.8wt.％；Mn：1.2wt.％；Mo：3.0wt.％；Si：0.7wt.％；V：0.3wt.％；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。
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)
焊态硬度 回火4h后硬度 回火8h后硬度 回火12h后硬度
实施例1 41.8 41.0 40.8 40.0
实施例2 45.3 44.2 44.0 44.0
实施例3 48.5 46.7 45.2 45.4
实施例4 52.6 51.4 50.1 50.1

Claims (5)

1.一种用于锻造模具堆焊的药芯焊丝，采用碳钢钢带包裹药芯粉末，药芯焊丝填充率为30％～37％，其特征在于，所述的药芯粉末包括以下质量百分含量的物质：氟化钙：4％～7％；纯碱：0.5％～3％；石英：0.5％～4％；金红石：2％～6％；高碳铬铁：13.6％～27.2％；纯铬粉：13.9％～19.2％；镍粉：2.2％～5.7％；电解锰：1.8％～4.3％；钼铁粉：6.3％～13.2％；硅铁粉：2.1％～5.0％；钒铁粉：0.6％～1.9％；余量为还原铁粉。
2.按照权利要求1的药芯焊丝，其特征在于，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：0.2～0.4％；Cr：7.8％～12％；Ni：0.7％～1.8％；Mn：0.5％～1.2％；Mo：1％～3％；Si：0.3～0.7％；V：0.1％～0.3％；Fe为余量。
3.按照权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，药芯成分质量百分含量为：氟化钙：5％～6％；纯碱：1％～2％；石英：1％～3.5％；金红石：3％～5％；高碳铬铁粉：17.0％～23.8％；纯铬粉：14.9％～18.9％；镍粉：3.2％～4.8％；电解锰：2.5％～3.6％；钼铁粉：6.6％～11.0％；硅铁粉：2.8％～4.3％；钒铁粉：0.9％～1.6％；余量为还原铁粉。
4.按照权利要求3的药芯焊丝，其特征在于，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：0.25～0.35％；Cr：8.2％～11.4％；Ni：1％～1.5％；Mn：0.7％～1％；Mo：1.5％～2.5％；Si：0.4～0.6％；V：0.15％～0.25％；Fe为余量。
5.利用权利要求1或3的药芯焊丝进行锻造的方法，其特征在于，锻造模具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300-330A；电压28-32V；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。
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