专利名称：一种用于锻造模具堆焊的药芯焊丝及应用的制作方法
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% VA ;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% ;钥铁粉6· 3% 13. 2% ;硅铁粉2· 1% 5. 0% ;钒铁粉(λ 6% L 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 O. 4% ;Cr 7. 8% 12% ；N1:0. 7% 1. 8% ；Mn :0. 5% 1. 2% ；Mo :1% 3% ；S1:0. 3 O. 7% ;V 0. 1%~ O. 3% ;Fe。优选所述药芯焊丝中药芯成分质量百分含量为氟化1丐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 V0 4. 8% ;电解锰2. 5%~ 3. 6% ;钥铁粉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 O. 35% ；Cr :8. 2% 11. 4% ；N1:1 % 1. 5 % ;Mn :0. 7 % I % ；Mo :1. 5% 2. 5% ；Si O. 4 O. 6% ；V 0. 15% O. 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。
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。
具体实施例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12X0. 3mm (宽度为12臟，厚度为O. 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取氟化韩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，钥铁粉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 lwt. % ；S1:0. 3wt. % ；V :0. lwt. % ；Fe :余量。实施例2取氟化|丐500g,纯碱IOOg,石英IOOg,金红石300g,高碳铬铁粉1700g,纯铬粉1490g,纯镍粉320g，电解锰250g，钥铁粉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 lwt. % ；Mn :0. 7wt. % ；Mo :1. 5wt. % ；S1:0. 4wt. % ；V :0. 15wt. % ；Fe :余量。实施例3取氟化韩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,钥铁 粉IlOOg,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 :O. 35wt. % ；Cr 11. 4wt. % ；N1:1. 5wt. % ；Mn :1. Owt. % ；Mo :2. 5wt. % ；S1:0. 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，钥铁粉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. % ；N1:1. 8wt. % ；Mn :1. 2wt. % ；Mo :3. Owt. % ；S1:0. 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I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°C，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I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141. 841.040. 840. O实施例245. 344.244. O44. O实施例348. 546. 745. 245. 4实施例452. 651.450.150.权利要求
1.一种用于锻造模具堆焊的药芯焊丝，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%;纯喊0· 5!% 3;石央0· 5!% 4!%;金红石2!% 6!%;闻碳络铁13· 6% 27. 2%； 纯铬粉13.9% 19.2% ;镍粉2· 2% 5. 7% ;电解锰1· 8% 4. 3% ;钥铁粉6.3% 13.2% ;娃铁粉2.1 % 5. 0% ;银铁粉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 O. 4% ；Cr :7. 8% 12% ；N1:0. 7% 1. 8% ；Mn :0. 5 % 1. 2% ；Mo :1% 3% ；Si 0. 3 O. 7% ；V :0. 1% O. 3% ;Fe。
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% ;钥铁粉6.6% 11. 0% ;娃铁粉2. 8% 4. 3% ;银铁粉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 O. 35% ；Cr :8. 2% 11. 4% ；N1:1% 1. 5% ；Mn :0. 7% 1% ；Mo 1. 5% 2. 5% ；Si 0. 4 O. 6% ；V 0. 15% O. 25% ;Fe。
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。
全文摘要
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。
文档编号B23K9/04GK103008924SQ20121052092
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月6日 优先权日2012年12月6日
发明者蒋建敏, 贺定勇, 孙昊, 周正, 赵秋颖, 崔丽, 王智慧, 李晓延 申请人:北京工业大学