CN112605560B - 一种用于高速钢的药皮材料和高速钢焊条及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及焊材技术领域，具体涉及一种用于高速钢的药皮材料和高速钢焊条及制备方法。其中药皮材料包括以下质量份数的原料：金红石20～30份，大理石6～10份，长石10～15份，氟化铝3～5份，氟化云母2～4份，氟化稀土1～3份，锰铁3～6份，高碳铬铁13～18份、金属钨粉13～20份，钼铁6～12份，钒铁5～10份，石墨0.5～2份。采用本发明药皮材料作为药皮，具有焊接操作简单，易起弧、飞溅小，能使用与较小电流，焊渣较厚，焊缝金属冷却速度较慢的优点，能有效减少焊件的开裂现象，减少焊接热输入量，能够降低焊接对母件的影响，因此更适用于高速钢刀具和模具的焊接。

Description

一种用于高速钢的药皮材料和高速钢焊条及制备方法

技术领域

本发明涉及焊材技术领域，具体涉及一种用于高速钢的药皮材料和高速钢焊条及制备方法。

背景技术

高速钢(HSS)是一种复杂的合金钢，其中含有较多的钨、钼、铬、钒、钴等碳化物。其具有高硬度、高耐磨性和高耐热性的工具钢，又称风钢、锋钢或白钢。意思是淬火时即使在空气中冷却也能硬化，并且很锋利。在高速切削产生的高热情况下仍能保持较高的硬度，这也是高速钢最主要的特性—红硬性。因高速钢红硬性好，所以适用于制造各种切削工具，如车刀、钻头、滚刀，机用锯条及要求较高的模具等。然而因高速钢价格比较昂贵，对于刀具、模具出现磨损或损坏时，整体报废成本较高，所以出现了对于高速钢焊接需求。因此需要一种用于高速钢的药皮材料和高速钢焊条及制备方法，以实现对高速钢的焊接需求。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于高速钢的药皮材料和高速钢焊条及制备方法，以实现对高速钢的焊接需求。

为了实现上述目的或者其他目的，本发明提供一种用于高速钢的药皮材料，包括以下质量份数的原料：金红石20～30份，大理石6～10份，长石10～15份，氟化铝3～5份，氟化云母2～4份，氟化稀土1～3份，锰铁3～6份，高碳铬铁13～18份、金属钨粉13～20份，钼铁6～12份，钒铁5～10份，石墨0.5～2份。

优选地，以所述高碳铬铁的总质量为基准，所述高碳铬铁中铬元素的含量百分比为60％～68％。

优选地，以所述高碳铬铁的总质量为基准，所述高碳铬铁中碳元素的含量百分比为8％～9％。

优选地，以所述钼铁的总质量为基准，所述钼铁中钼元素的含量百分比为50％～60％。

优选地，以所述钒铁的总质量为基准，所述钒铁中的钒元素的含量百分比为45％～55％。

本发明还提供一种高速钢焊条，包括药皮和钢芯，所述药皮包含有上述任一项所述的药皮材料。

优选地，所述钢芯为H08E钢芯。

优选地，所述药皮由所述药皮材料的干粉和以所述干粉配方总质量计20％～25％的水玻璃粘结剂混合均匀后粘结而成。

优选地，所述药皮比重占焊条总重量的50％～60％。

本发明还提供一种采用上述任一项所述药皮材料制备高速钢焊条的方法，包含如下步骤：

S1、按比例称取药皮各组份材料，并混合均匀形成药皮材料干粉混合物；

S2、称取所述药皮材料干粉混合物总质量20％～25％的水玻璃粘结剂，并与所述药皮材料干粉混合物搅拌均匀形成块状药皮混合物；

S3、采用压涂机将所述块状药皮混合物压涂在焊芯表面，经350℃烘干至药皮比重占焊条总重量的50％～60％。

本发明药皮材料加入氟化铝、氟化稀土、氟化云母多种氟化物，可有效延长熔池存在时间，降低气孔敏感性，并可防止崩渣、沾渣现象，具有良好脱渣性；通过矿物粉、氟化物及脱氧元素的配比调整焊条熔化温度和焊渣凝固点，降低飞溅、焊接电流和焊缝冷却速度，达到减小焊件开裂现象。

本发明高速钢焊条，采用本发明药皮材料作为药皮，具有焊接操作简单，易起弧、飞溅小，能使用与较小电流，焊渣较厚，焊缝金属冷却速度较慢的优点，能有效减少焊件的开裂现象，减少焊接热输入量，能够降低焊接对母件的影响，因此更适用于高速钢刀具和模具的焊接。

另外本发明高速钢焊条在使用H08E作为焊芯时，能够减少焊缝金属中S、P、H、Q、N等有害元素含量，从而焊缝金属更加纯净，可以降低焊缝的裂纹敏感性。

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。

本发明的目的在于提供一种用于高速钢的药皮材料和高速钢焊条及制备方法，以实现对高速钢的焊接需求。所述用于高速钢的药皮材料，包括以下质量份数的原料：金红石20～30份，大理石6～10份，长石10～15份，氟化铝3～5份，氟化云母2～4份，氟化稀土1～3份，锰铁3～6份，高碳铬铁13～18份、金属钨粉13～20份，钼铁6～12份，钒铁5～10份，石墨0.5～2份。

优选地，以所述高碳铬铁的总质量为基准，所述高碳铬铁中铬元素的含量百分比为60％～68％。

优选地，以所述高碳铬铁的总质量为基准，所述高碳铬铁中碳元素的含量百分比为8％～9％。

优选地，以所述钼铁的总质量为基准，所述钼铁中钼元素的含量百分比为50％～60％。

优选地，以所述钒铁的总质量为基准，所述钒铁中的钒元素的含量百分比为45％～55％。

本发明还提供一种高速钢焊条，包括药皮和钢芯，所述药皮由上述任一项所述的药皮材料制成。

优选地，所述钢芯为H08E钢芯。

优选地，所述药皮由所述药皮材料的干粉和以所述干粉配方总质量计20％～25％的水玻璃粘结剂混合均匀后粘结而成。

优选地，所述药皮比重占焊条总重量的50％～60％。

本发明还提供一种采用上述任一项所述药皮材料制备高速钢焊条的方法，包含如下步骤：

S1、按比例称取药皮各组份材料，并混合均匀形成药皮材料干粉混合物；

S2、称取所述药皮材料干粉混合物总质量20％～25％的水玻璃粘结剂，并与所述药皮材料干粉混合物搅拌均匀形成块状药皮混合物；

S3、采用压涂机将所述块状药皮混合物压涂在焊芯表面，经350℃烘干至药皮比重占焊条总重量的50％～60％。

上述各原料的配比不同，可以构成不同的实施例，具体如下：

实施例1

药皮材料组份：金红石27份，大理石6份，长石10份，氟化铝3份，氟化云母3份，氟化稀土1.5份，锰铁6份、高碳铬铁13份、金属钨粉20份，钼铁12份，钒铁6.5份，石墨1份。

采用上述药皮材料制备高速钢焊条的方法包括：

S1、按比例称取药皮各组份材料，并混合均匀形成药皮材料干粉混合物；

S2、称取所述药皮材料干粉混合物总质量20％的水玻璃粘结剂，并与所述药皮材料干粉混合物搅拌均匀形成块状药皮混合物；

S3、采用压涂机将所述块状药皮混合物压涂在直径为4.0mm的H08E焊芯表面，经350℃烘干至药皮比重占焊条总重量的50％～60％，即得所述高速钢焊条。

实施例2

药芯材料组份：金红石30份，大理石10份，长石10份，氟化铝5份，氟化云母2份，氟化稀土3份，锰铁3份，高碳铬铁18份、金属钨粉13份，钼铁6份，钒铁10份，石墨0.5份。

采用上述药皮材料制备高速钢焊条的方法包括：

S1、按比例称取药皮各组份材料，并混合均匀形成药皮材料干粉混合物；

S2、称取所述药皮材料干粉混合物总质量25％的水玻璃粘结剂，并与所述药皮材料干粉混合物搅拌均匀形成块状药皮混合物；

S3、采用压涂机将所述块状药皮混合物压涂在直径为4.0mm的H08E焊芯表面，经350℃烘干至药皮比重占焊条总重量的50％～60％，即得所述高速钢焊条。

实施例3

药芯材料组份：金红石28份，大理石6份，长石12份，氟化铝2份，氟化云母4份，氟化稀土1份，锰铁4份，高碳铬铁12份、金属钨粉16份，钼铁8份，钒铁7份，石墨2份。

采用上述药皮材料制备高速钢焊条的方法包括：

S1、按比例称取药皮各组份材料，并混合均匀形成药皮材料干粉混合物；

S2、称取所述药皮材料干粉混合物总质量22％的水玻璃粘结剂，并与所述药皮材料干粉混合物搅拌均匀形成块状药皮混合物；

S3、采用压涂机将所述块状药皮混合物压涂在直径为4.0mm的H08E焊芯表面，经350℃烘干至药皮比重占焊条总重量的50％～60％，即得所述高速钢焊条。

实施例4

药芯材料组份：金红石20份，大理石8份，长石15份，氟化铝5份，氟化云母2份，氟化稀土3份，锰铁5份，高碳铬铁18份、金属钨粉18份，钼铁6份，钒铁5份，石墨1份。

采用上述药皮材料制备高速钢焊条的方法包括：

S1、按比例称取药皮各组份材料，并混合均匀形成药皮材料干粉混合物；

S2、称取所述药皮材料干粉混合物总质量20％的水玻璃粘结剂，并与所述药皮材料干粉混合物搅拌均匀形成块状药皮混合物；

S3、采用压涂机将所述块状药皮混合物压涂在直径为4.0mm的H08E焊芯表面，经350℃烘干至药皮比重占焊条总重量的50％～60％，即得所述高速钢焊条。

需要说明的是，本发明中的各种原料，均可采用本领域技术人员所熟知的材料，并能通过一般商业途径获得。在上述各实施例中，金红石的粒度为40目。大理石的粒度为40目。长石的粒度为60目。氟化铝的粒度为40目。氟化云母的粒度为24目。氟化稀土的粒度为60目。锰铁的粒度为40目，并且以所述锰铁的总质量为基准，所述高碳铬铁的锰铁锰元素的含量百分比为78％～85％，所述锰铁的碳元素的含量百分比为0.8％～1.5％，余量为铁及其他不可避免的杂质。高碳铬铁的粒度为40目，并且以所述高碳铬铁的总质量为基准，所述高碳铬铁的铬元素的含量百分比为60％～68％，所述高碳铬铁的碳元素的含量百分比为8％～9％，余量为铁及其他不可避免的杂质。金属钨粉的粒度为40目。钼铁的粒度为40目，以所述钼铁的总质量为基准，所述钼铁中钼元素的含量百分比为50％～60％，余量为铁及其他不可避免的杂质。钒铁的粒度为40目，以所述钒铁的总质量为基准，所述钒铁中的钒元素的含量百分比为45％～55％，余量为铁及其他不可避免的杂质。石墨中固定碳含量≥98％。H08E钢芯中包括的个元素及组份及百分比含量为碳含量≤0.1，锰含量0.3～0.6，硅含量≤0.03硫含量≤0.02，磷含量≤0.02，氧含量≤0.008，氮含量≤0.008。另外需要说明的是，在上述实施例中除了明确给出的数值外，其他未公布条件均相同。

将本发明的高速钢焊条适用于全方位焊，有优良的抗裂性。按相关标准规范对上述实施例1、实施例2、实施例3和实施例4提供的焊丝进行各项焊接试验，焊接工艺性能如下表1，熔敷金属力学性能如下表2：

表1焊接工艺性能

试验项目

焊接电弧

渣覆盖

飞溅

成型

脱渣

全位置焊接

实施例1

稳定

完整

极小

良好

良好

良好

实施例2

稳定

完整

极小

良好

良好

良好

实施例3

稳定

完整

极小

良好

良好

良好

实施例4

稳定

完整

极小

良好

良好

良好

表2熔敷金属性能

上述实施例的试验结果表明，本发明提供的高速钢焊条，焊接时电弧稳定，焊渣覆盖全，飞溅、脱渣、全位置焊接良好。焊条熔敷金属有较高焊态硬度和回火硬度，焊缝和热影响区均未出现裂纹。

本发明药皮材料通过金红石、大理石、长石、氟化铝相配合作为造渣剂，可显著降低熔渣粘度及表面张力，同时利用含量较多的金红石行成“短渣”，利于焊缝成型，并能够稳定电弧。通过氟化铝进行造气,除氢,脱氧，以调整焊渣酸碱度。通过氟化稀土进行除氢，净化晶粒，改善焊缝组织，提高焊缝的韧性。通过氟化云母进行除氢，提高电弧稳定性，改善焊条压涂性能。通过锰铁在进行脱氧的同时，向焊缝金属中过渡合金元素。通过金属铬、金属钨、钼铁、钒铁向焊缝金属中过渡合金元素。通过石墨进行造气、脱氧，并向焊缝中过渡碳元素。并且可以通过氟化物之间的协同作用可有效延长熔池存在时间，降低气孔敏感性，并可防止崩渣、沾渣现象，具有良好脱渣性；通过矿物粉、氟化物及脱氧元素的配比调整焊条熔化温度和焊渣凝固点，降低飞溅、焊接电流和焊缝冷却速度，达到减小焊件开裂现象。

本发明高速钢焊条，采用本发明药皮材料作为药皮，具有焊接操作简单，易起弧、飞溅小，能使用与较小电流，焊渣较厚，焊缝金属冷却速度较慢的优点，能有效减少焊件的开裂现象，减少焊接热输入量，能够降低焊接对母件的影响，因此更适用于高速钢刀具和模具的焊接。另外本发明高速钢焊条在使用H08E作为焊芯时，能够减少焊缝金属中S、P、H、Q、N等有害元素含量，从而焊缝金属更加纯净，可以降低焊缝的裂纹敏感性。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种用于高速钢的药皮材料，其特征在于，包括以下质量份数的原料：金红石20～30份，大理石6～10份，长石10～15份，氟化铝3～5份，氟化云母2～4份，氟化稀土1～3份，锰铁3～6份，高碳铬铁13～18份、金属钨粉13～20份，钼铁6～12份，钒铁5～10份，石墨0.5～2份。

2.根据权利要求1所述的药皮材料，其特征在于，以所述高碳铬铁的总质量为基准，所述高碳铬铁中铬元素的含量百分比为60％～68％。

3.根据权利要求1所述的药皮材料，其特征在于，以所述高碳铬铁的总质量为基准，所述高碳铬铁中碳元素的含量百分比为8％～9％。

4.根据权利要求1所述的药皮材料，其特征在于，以所述钼铁的总质量为基准，所述钼铁中钼元素的含量百分比为50％～60％。

5.根据权利要求1所述的药皮材料，其特征在于，以所述钒铁的总质量为基准，所述钒铁中的钒元素的含量百分比为45％～55％。

6.一种高速钢焊条，包括药皮和钢芯，其特征在于，所述药皮包含有权利要求1至5中任一项所述的药皮材料。

7.根据权利要求6所述的高速钢焊条，其特征在于，所述钢芯为H08E钢芯。

8.根据权利要求6所述的高速钢焊条，其特征在于，所述药皮由所述药皮材料的干粉和以所述干粉配方总质量计20％～25％的水玻璃粘结剂混合均匀后粘结而成。

9.根据权利要求6所述的高速钢焊条，其特征在于，所述药皮比重占焊条总重量的50％～60％。

10.一种采用权利要求1至5中任一项所述药皮材料制备高速钢焊条的方法，其特征在于，包含如下步骤：

S1、按比例称取药皮各组份材料，并混合均匀形成药皮材料干粉混合物；

S2、称取所述药皮材料干粉混合物总质量20％～25％的水玻璃粘结剂，并与所述药皮材料干粉混合物搅拌均匀形成块状药皮混合物；

S3、采用压涂机将所述块状药皮混合物压涂在焊芯表面，经350℃烘干至药皮比重占焊条总重量的50％～60％。