专利名称：热作模具钢焊接材料的制作方法
技术领域：
本发明属于冶金加工技术，涉及一种新的热作模具钢焊接材料。
背景技术：
目前，热作模具钢种类较多，例如普通的5CrMnMo、5CrNiMo、3Cr2W8，性能较好的45CrWMoVTi、35CrNi3MoV、H-13等。但焊接材料种类较少，常用的有D337焊条(3Cr2W8类型)、D397焊条(5CrMnMo类型)、T-SKD61和QRO90焊材(4Cr5MoSiV1即H-13类型)等。随着工业的发展，热作模具钢的种类及其应用领域越来越多，如热切割刀具、锻造工具刃口、锻模、压铸模具、注塑模、修整模、轧辊、成形辊等。因此，对模具钢的性能要求也越来越高，制造模具的方法也在不断改进，如有些模具从传统的锻造技术改为采用铸造技术生产，以及采用快速成型技术和堆焊技术直接生产模具。因此，需要开发新的热作模具钢焊接材料。
技术内容由于现有模具的焊接方法多为手工电弧焊和氩弧焊(TIG)，适用于模具钢制造及使用中出现缺陷的修复。而堆焊制造模具要求自动焊方法，现有的模具钢焊接材料不能满足自动堆焊制造模具的要求。本发明的目的在于开发一种既适可用于模具钢缺陷修复，又可以用于自动堆焊制造模具的热作模具钢焊接材料。
本发明的上述目的是这样实现的采用新的热作模具钢焊接材料合金系统，针对热作模具的主要失效形式热疲劳裂纹、磨损、塑性变形等，通过优化熔覆合金成分设计、微合金化、变质处理等，发明出一种新型高强韧性、高工作寿命热作模具钢焊接材料。
采用的技术方案是通过加入Cr、Mo、Ni、V、W等合金元素，提高焊接熔敷金属的红硬性、热稳定性、抗氧化性、抗热疲劳性；通过控制焊接原材料的S、P、Mn、Si等元素的加入量，并加入Ti、RE等铁合金粉使熔敷金属晶粒细化，减少O、S、P等有害元素，提高熔覆金属及焊接区域的强韧性。
本发明的新型热作模具钢焊接材料相应的熔敷金属成分范围(重量百分比wt％)C0.15-0.35；Cr8.0-11.0；Mo0.8-1.5；Ni0.60-0.92；V0.60-1.05；W0.20-0.50；Mn0.20-0.55；Si0.50-0.85；S≤0.035；P≤0.040；Ce0.001-0.050；Ti0.005-0.025；B0.002-0.015。
本发明的焊接材料产品形式为焊条和药芯焊丝。焊条适用于热作模具钢小缺陷的焊接修复；药芯焊丝通过低碳钢带包裹合金粉末在专用设备上拔制而成，适用于钨极氩弧焊(TIG)和熔化极氩弧焊(MIG)，既可用于热作模具钢缺陷修复，也可以用于自动堆焊制造热作模具。一般焊接工艺要求为工件预热300-400℃，焊接过程中保温，焊后炉中回火处理300-550℃保温2小时。
本发明的焊接材料相应的熔覆金属经焊后回火处理组织为高温回火马氏体—贝氏体复相组织，硬度HRC为35-46，冲击韧性αk为(U形缺口试样)12.3-23.6J/cm2，抗拉强度σb为1082-1326MPa。
采用本发明的新型热作模具钢药芯焊丝进行热作模具钢钨极氩弧焊(TIG)修复，使用寿命比用进口的T-SKD61或QRO90实芯焊丝长50％。
采用本发明的新型热作模具钢药芯焊丝进行熔化极氩弧焊(MIG)可以自动堆焊制造热作模具。提高焊接效率，缩短模具制造周期。
具体实施例方式
例1、采用本发明的新型热作模具钢堆焊焊条，进行2万-4万KN机械锻压机使用的五速齿轮热锻模焊接修复，焊接工艺见表1，修复后使用寿命比用D397焊条长220％。熔覆金属成分(Wt％)C0.28；Cr9.6；Mo1.1；Ni0.65；V0.68；W0.31；Mn0.42；Si0.75；S≤0.035；P≤0.040；Ce0.01；Ti0.015；B0.010。
表1焊条堆焊工艺(直流反接)
例2、采用本发明的新型热作模具钢药芯焊丝进行2万10-4万KN机械锻压机使用的五速齿轮热锻模钨极氩弧焊(TIG)修复，使用寿命比用进口的T-SKD61实芯焊丝的长50％。焊接工艺见表2。熔覆金属成分(Wt％)C0.32；Cr10.6；Mo1.0；Ni0.65；V0.82；W0.38；Mn0.56；Si0.85；S≤0.035；P≤0.040；Ce0.009；Ti0.019；B0.010。
表2 TIG堆焊工艺
例3、采用本发明的新型热作模具钢药芯焊丝进行2万-4万KN机械锻压机使用的五速齿轮热锻模熔化极氩弧焊(MIG)自动堆焊制造，模具制造周期仅为2天。焊接工艺见表3。熔敷金属成分(wt％)C0.36；Cr10.2；Mo0.98；Ni0.67；V0.89；W0.43；Mn0.56；Si0.75；S≤0.035；P≤0.040；Ce0.008；Ti0.018；B0.009。
表3 MIG堆焊工艺(基体为45钢)
例4、采用本发明的新型热作模具钢堆焊焊条，进行2万-4万KN机械锻压机使用的五速齿轮热锻模焊接修复，焊接工艺见表4，修复后使用寿命比用D397焊条长200％。熔覆金属成分(wt％)C0.15；Cr8.0；Mo0.8；Ni0.60；V0.60；W0.20；Mn0.20；Si0.50；S≤0.035；P≤0.040；Ce0.001；Ti0.005；B0.002。
表4焊条堆焊工艺(直流反接)
例5、采用本发明的新型热作模具钢药芯焊丝进行2万-4万KN机械锻压机使用的五速齿轮热锻模钨极氩弧焊(TIG)修复，使用寿命比用进口的T-SKD61实芯焊丝的长70％。焊接工艺见表5。熔覆金属成分(Wt％)C0.35；Cr11.0；Mo1.5；Ni0.92；V1.05；W0.50；Mn0.55；Si0.85；S≤0.035；P≤0.040；Ce0.050；Ti0.025；B0.015。
表5 TIG堆焊工艺
权利要求
1.一种热作模具钢焊接材料，其特征在于其熔敷金属的化学成分(wt％)C0.15-0.35；Cr8.0-11.0；Mo0.8-1.5；Ni0.60-0.92；V0.60-1.05；W0.20-0.50；Mn0.20-0.55；Si0.50-0.85；S≤0.035；P≤0.040；Ce0.001-0.050；Ti0.005-0.025；B0.002-0.015。
2.根据权力要求1所述的热作模具钢焊接材料，其特征在于该焊接材料为堆焊焊条，其熔覆金属成分(wt％)C0.32；Cr10.6；Mo1.0；Ni0.65；V0.82；W0.38；Mn0.56；Si0.85；S≤0.035；P≤0.040；Ce0.009；Ti0.019；B0.010。
3.根据权力要求1所述的热作模具钢焊接材料，其特征在于该焊接材料为药芯焊丝，其熔覆金属成分(wt％)C0.32；Cr10.6；Mo1.0；Ni0.65；V0.82；W0.38；Mn0.56；Si0.85；S≤0.035；P≤0.040；Ce0.009；Ti0.019；B0.010。
4.根据权力要求1所述的热作模具钢焊接材料，其特征在于该焊接材料为药芯焊丝，其熔敷金属成分(wt％)C0.36；Cr10.2；Mo0.98；Ni0.67；V0.89；W0.43；Mn0.56；Si0.75；S≤0.035；P≤0.040；Ce0.008；Ti0.018；B0.009。
5.根据权力要求1所述的热作模具钢焊接材料，其特征在于该焊接材料为堆焊焊条，其熔覆金属成分(wt％)C0.15；Cr8.0；Mo0.8；Ni0.60；V0.60；W0.20；Mn0.20；Si0.50；S≤0.035；P≤0.040；Ce0.001；Ti0.005；B0.002。
6.根据权力要求1所述的热作模具钢焊接材料，其特征在于该焊接材料为药芯焊丝，其熔覆金属成分(wt％)C0.35；Cr11.0；Mo1.5；Ni0.92；V1.05；W0.50；Mn0.55；Si0.85；S≤0.035；P≤0.040；Ce0.050；Ti0.025；B0.015。
全文摘要
本发明属于冶金加工技术，涉及一种新的热作模具钢焊接材料。其目的是提供一种既适可用于模具钢缺陷修复，又可以用于自动堆焊制造模具的热作模具钢焊接材料。具体技术方案时其熔敷金属的化学成分(wt％)C0.15－0.35；Cr8.0－11.0；Mo0.8－1.5；Ni0.60－0.92；V0.60－1.05；W0.20－0.50；Mn0.20－0.55；Si0.50－0.85；S≤0.035；P≤0.040；Ce0.001－0.050；Ti0.005－0.025；B0.002－0.015。
文档编号B23K35/30GK1718353SQ20051001703
公开日2006年1月11日 申请日期2005年8月8日 优先权日2005年8月8日
发明者任振安, 孙大千, 宣兆志, 殷世强 申请人:吉林大学