[发明专利]一种用于热锻模具修复的堆焊药芯焊丝

说明书

技术领域

本发明属于材料加工焊接材料领域，具体涉及一种用于热锻模具修复的堆焊药芯焊丝。

背景技术

热锻模具工况复杂，在热锻过程中，模腔表面金属受热使其硬度和强度显著降低，在承受反复热、冷的作用下出现热疲劳，此外，模腔金属表面在工况下还会出现变形、氧化、磨损、断裂等失效形式，使得产品要求达不到工艺标准。因此，热锻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。

采用堆焊工艺修复热锻模具，可避免模具整体报废，节省机加工和热处理费用，缩短模具翻新周期，并能够有效延长模具的使用寿命，对降低生产成本、合理使用材料具有重要意义。由于热锻模具碳当量较高，目前广泛使用的热锻模具修复药芯焊丝，必须将热锻模具焊前预热450℃左右，焊后立即回火热处理，以保证修复处不开裂，导致工效降低、劳动强度增大。此外，广泛使用的堆焊合金回火热处理后硬度低于45HRC，且热稳定性差。因此，开发一种无需焊前预热、焊后缓冷，回火稳定性好，并满足工况硬度高于45HRC的热锻模具堆焊药芯焊丝具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于解决当前堆焊材料出现的抗裂性不足的问题，同时具有很高的热稳定性及硬度，550℃回火后硬度可保持48-52HRC，优于传统产品。

一种用于热锻模具修复的堆焊药芯焊丝，采用碳钢钢带包裹药芯粉末，药芯焊丝填充率为20～35%，其特征在于：药芯焊丝由氟化钠、氟化钙、金红石、石英和合金粉组成，所述合金粉包括高碳铬铁粉、纯铬粉、镍粉、钨铁粉、电解锰、钼铁粉、硅铁粉、钒铁粉、还原铁粉。

进一步，所述的药芯粉末包括以下质量百分含量的物质：氟化钠：2～6%；氟化钙：5～8%；金红石：3～5.5%；石英：1～5%；高碳铬铁：4.3～13.2%；纯铬粉：24.8～38.3%；镍粉：6～11.3%；钨铁粉：1.5～3.5%；电解锰：2.5～5.1%；钼铁粉：14.7～27.3%；硅铁粉：3.6～6.1%；钒铁粉：0.2～1.4%；余量为还原铁粉。

采用所述的一种用于热锻模具修复的堆焊药芯焊丝制备堆焊合金的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，按照所述的药芯焊丝配制药芯粉末，轧制，最终获得直径为2.4mm的药芯焊丝；

步骤2，采用二氧化碳气体、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堆焊合金，焊接工艺参数为：电压：24-28V；电流：280-320A；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。

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：0.05～0.25%；Cr：8.5～13.5%；Ni：1～2.6%；W：0.2～1.2%；Mn：0.45～0.8%；Mo：2.5～4.3%；Si：0.1～0.6%；V：0.05～0.25%；Fe：余量。

优选所述药芯焊丝中药芯成分质量百分含量为：氟化钠：3～5%；氟化钙：5.5～7.5%；金红石：3.5～5%；石英：2～4.3%；高碳铬铁：5.3～10.8%；纯铬粉：25.8～36.9%；镍粉：6.5～10.3%；电解锰：3～4.6%；钼铁粉：15.7～26.3%；硅铁粉：3.8～5.6%；钒铁粉：0.3～1.3%；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：0.1～0.2%；Cr：9～13%；Ni：1.6～2%；W：0.3～1.1%；Mn：0.5～0.65%；Mo：2.7～4.1%；Si：0.2～0.5%；V：0.1～0.2%；Fe：余量。

其中各种粉作用如下：

氟化物：对熔渣起稀释作用，降低熔渣熔点，增加熔渣的流动性，有利于降低堆焊金属中的氢含量。

金红石：改善熔渣覆盖性、脱渣性，并起到稳弧作用。

石英：使熔渣具有良好的覆盖性能。

高碳铬铁：向焊缝金属过渡碳元素。在堆焊材料设计中，碳是最重要的强化元素，也是致脆元素。碳具有间隙固溶强化的作用，增加材料中碳的含量，将促进马氏体的形成。但碳含量过高，易获得片状马氏体，其亚结构为孪晶，虽然对强度有利，但对韧性不利。高的碳含量还会促进碳化物的粗化，降低钢的性能。此外，高的碳含量还会增加堆焊合金碳当量，增加焊缝产生脆化和裂纹倾向。因此本发明设计堆焊合金中C含量为0.05～0.25wt.%，有效简化了焊前预热、焊后缓冷工艺，对应药芯焊丝中加入的高碳铬铁含量为4.3～13.2wt.%。