專利名稱：復合雙金屬熱剪刃綠色再制造技術用堆焊焊條的制作方法
技術領域：
本發明涉及材料科學與工程領域，特別是涉及一種復合雙金屬熱剪刃 綠色再制造技術用堆焊焊條。
背景技術：
熱剪刃是鋼鐵企業用來切斷熱軋鋼坯的主要工具。工作時，上、下剪
刃在巨大壓力作用下將100(TC左右的紅熱鋼坯直接剪斷，并通過冷卻水迅 速冷卻剪刃。剪刃工作時承受較大的壓應力和撞擊力，同時，刃口表面有 強烈的熱摩擦和熱疲勞作用。以上服役條件要求剪刃整體具有較高的屈服 強度和較好的沖擊韌性，而刃口部分還要求具有較高的紅硬性和熱疲勞性 能。目前，國內使用的熱剪刃大多釆用淬火+中溫回火處理，由于刃口部分 高溫強度和紅硬性不足，生產中很快因刃口磨損或變形而失效，導致剪刃 使用壽命很低。
采用堆焊可以修復廢舊的熱剪刃，但是，因其碳當量較高，若釆用傳 統的堆焊方法，即使釆用焊前預熱、焊后熱處理。在堆焊過程中及焊后使 用中也極易開裂。從而限制了堆焊技術的廣泛應用。
熱剪刃一般是由含有合金元素的3Cr2W8V、 H13、 5CrNiMo、 5CrMnMo以 及5CrW2Si、 6Cr2W2Si等制造。整體制造熱剪刃等零部件不僅費用昂貴， 而且由于工作層僅在表面，內部貴重合金元素的優勢不能完全發揮出來。 若采用綠色再制造技術制造熱剪刃，即零部件的基體和表層釆用不同性能 的材料，不僅可發揮零部件的綜合技術性能和材料的工作潛力，還能節約 大量的貴重合金。
再制造技術是利用原有零部件，釆用高新的表面工程技術及其它加工 技術使零部件恢復尺寸、形狀和性能，形成再制造毛坯，經加工過程形成 再制造的產品。特別是綠色再制造是以優質、高效、節能、節材、環保為 主要目標，統籌考慮零部件整個壽命周期內的再制造策略，從而使報廢(退 役)產品在對環境污染最小，資源利用率最高的情況下重新達到最佳的性 能。因此，研制一種具有較高耐磨性的堆焊焊條，應用于堆焊修復廢舊熱 剪刃，或基體采用普通碳鋼在其上堆焊一層高耐磨的熔敷金屬制造雙金屬 復合熱剪刃，不僅將產生巨大的經濟效益，而且還會產生巨大的社會效益。
發明內容
為了能夠實現對熱剪刃進行堆焊修復及綠色再制造，本發明提供一種 復合雙金屬熱剪刃綠再制造技術用堆焊焊條。該焊條的特點是對含碳量較 低尺寸小的剪刃在焊前不需進行預熱，焊后不用進行熱處理的情況下進行 堆焊修復，能保證焊后不開裂，并能達到性能要求。
這類用于堆焊修復及綠色再制造雙金屬熱剪刃的特征在于焊條藥皮 的化學成分為wt°/。鈦白粉1 2%,大理石30 40%，螢石10 20%,石英3 7%，白土子2 4%，純堿0 2%，高碳鉻鐵5 9°/ ,高碳錳鐵2 5%,硅鐵l 4%,鈦鐵6 9%，釩鐵2 4%,鉬鐵3 6%,鈰氧化物2 4%，鑭氧化物2 4%,金屬鎳5 W,鎢鐵4 ％7，石墨2 5%。焊芯為H08A鋼焊絲。釆用的 粘結劑水玻璃的模數為2.7 3.0,濃度(波美度)為48 50。對于硅鐵、 高碳鉻鐵和高碳錳鐵使用前需要進行鈍化處理，鈍化工藝硅鐵粉末為720 750°C,高碳鉻鐵粉末為550 600°C,高碳錳鐵粉末為300 350°C,以上 金屬粉末均保溫l小時。
熱剪刃堆焊焊條設計的原則是根據熱剪刃在使用過程中，不僅要求堆 焊修復及再制造后的熱剪刃在其工作時要具有較高的抗熱疲勞性能和耐磨 性，而且還要求堆焊后具有較高的抗開裂性能。從提高堆焊金屬的抗熱疲 勞性能和耐磨性角度考慮，堆焊金屬要具有一定的含碳量，并有適量的鉻、 錳、硅等合金元素，保證基體的強度，還要加入一定量的錫和鉬元素，在 工作過程中以鎢和鉬的碳化物形式析出，彌散分布在基體上，產生二次硬 化作用，提高其耐磨性。從提高堆焊金屬的抗開裂性能角度考慮，過量的 碳會提高堆焊金屬的淬硬性，增加片狀馬氏體的數量，從而增加堆焊金屬 的開裂傾向；而添加鈦、釩可以細化晶粒，添加鎳可以提高奧氏體穩定性, 減緩奧氏體向片狀馬氏體的轉變，增加殘余奧氏體量，提高堆焊金屬的塑、
韌性；特別是添加稀土氧化物可以脫氧、脫硫，凈化堆焊熔池，而且細化 結晶晶粒，變質夾雜物，均可以提高堆焊金屬的抗開裂性能。另外，從發明人過去對堆焊殘余應力場的數值模擬研究工作可知，降低馬氏體開始轉
變溫度Ms點可以降低堆焊金屬的殘余應力，從而使中高碳鋼零部件在免預 熱、免熱處理的條件下堆焊也不開裂。因此，在堆焊金屬中添加金屬Ni可 以降低Ms點，降低堆焊金屬的殘余應力。特別是對于母材熱影響區，由于 其成分不可改變，因此，降低其應力分布顯得尤為重要。所以，新型堆焊 及再制造用藥芯焊絲的設計原則為1)、保證適當的含碳量，從而保證適 當堆焊金屬的硬度；2)、加入適量的鉻、錳、硅等合金元素，保證堆焊金 屬具有較高的強硬性；3)、加入適量的鎢和鉬元素，在使用過程中由于加 熱到高溫，使碳化物以鎢和鉬的碳化物形式在基體上彌散析出，產生二次 硬化作用，提高熱剪刃的耐磨性；4)、加入適量稀土氧化物，以改善焊后 一次結晶組織和二次結晶組織，變質夾雜物，提高熱剪刃的韌性；5)、加 入適量的金屬鎳粉，以改善堆焊組織，降低馬氏體相變溫度Ms點，改善應 力分布。通過成分調整和優化，使系列堆焊金屬的硬度在HRC45 - 55之間范 圍。
本發明的有益效果是采用本發明的堆焊焊條對熱剪刃進行堆焊修復 及綠色再制造，簡化了制造方法，減少了能源消耗，避免了制造過程對環 境的污染；通過免預熱和免熱處理堆焊使廢舊的熱剪刃恢復了原來的形狀 和尺寸，并且提高了其使用壽命，修復后的剪刃使用壽命長于原剪刃3倍 左右。而對含碳量較高尺寸較大的剪刃僅需要低溫預熱或熱處理，就能保 證焊后不開裂，并能達到性能要求，使用壽命可提高6 8倍。真正實現了 綠色再制造，對解決我國冶金機械行業所普遍存在的熱剪刃進行堆焊修復 及綠色再制造這一難題具有重要的工程意義，其市場空間十分廣闊。
實施例
下面公開的是本發明的一個實施例，焊條藥皮的化學成分為wt%:鈥白 粉1.4%,大理石30. 6%，螢石14. 3%,石英3. 6%,白土子2. 8%，純堿0. 5%, 高碳鉻鐵6. 7%,高碳錳鐵3. 8%,硅鐵2.1%,鈥鐵7. 2%，鉬鐵5. 7%，釩鐵 2.1%，鈰的氧化物2.2%，鑭的氧化物2.2%,金屬鎳7%，鎢鐵4.7%,石墨 3，1%。焊芯釆用H08A鋼焊絲。釆用的粘結劑水玻璃的模數為2.7 3. 0，濃 度(波美度)為48 50。對于硅鐵、高碳鉻鐵和高碳錳鐵使用前需要進行鈍化處理，鈍化工藝硅鐵粉末為730'C，高碳鉻鐵粉末為56(TC,高碳錳鐵 粉末為320°C,以上金屬粉末均保溫l小時。將上述配方中的相關粉末釆用 混料機進行混合，然后加入水玻璃攪拌均勻，用焊條涂敷機擠壓出焊條， 在250 30(TC對焊條進行烘干，然后進行磨頭磨尾。
釆用上述制造的堆焊焊條對報廢的熱剪刃進行再制造，焊前對焊條在 300 40(TC烘干l小時，去除藥皮中的結晶水，使用直流焊機，進行反接， 焊接電流為150 200A，焊接電壓為70 80V。經焊前不用對熱剪刃進行預 熱、焊后不用進行熱處理，通過堆焊再制造的熱剪刃表面的硬度為HRC48， 對其進行機械加工，達到原熱剪刃的尺寸要求，在使用過程中，熱剪刃表 面的溫度可以加熱到550°C,相當于進行回火處理，其表面硬度可以達到 HRC53。經堆焊修復或再制造的熱剪刃可以代替經整體鑄造生產的熱剪刃， 不僅減少了制造工序，節省了原料和能源，同時更提高了使用壽命。
權利要求
1.一種復合雙金屬熱剪刃綠色再制造技術用堆焊焊條，其特征是焊條藥皮的化學成分為wt％鈦白粉1～2％，大理石30～40％，螢石10～20％，石英3～7％，白土子2～4％，純堿0～2％，高碳鉻鐵5～9％，高碳錳鐵2～5％，硅鐵1～4％，鈦鐵6～9％，釩鐵2～4％，鉬鐵3～6％，鈰氧化物2～4％，鑭氧化物2～4％，金屬鎳5～9％，鎢鐵4～7％，石墨2～5％；焊芯為H08A鋼焊絲；采用的粘結劑水玻璃的模數為2.7～3.0，波美度為48～50。
2. 根據權利要求1所述的復合雙金屬熱剪刃綠色再制造技術用堆焊焊 條，其特征是對于硅鐵、高碳鉻鐵和高碳錳鐵使用前需要進行鈍化處理， 鈍化工藝硅鐵粉末為720 750°C，高碳鉻鐵粉末為550 60(TC，高碳錳鐵 粉末為300 35(TC，上述金屬粉末均保溫l小時。
全文摘要
本發明公開一種復合雙金屬熱剪刃綠再制造技術用堆焊焊條，焊條藥皮的化學成分為wt％鈦白粉1～2％，大理石30～40％，螢石10～20％，石英3～7％，白土子2～4％，純堿0～2％，高碳鉻鐵5～9％，高碳錳鐵2～5％，硅鐵1～4％，鈦鐵6～9％，釩鐵2～4％，鉬鐵3～6％，鈰氧化物2～4％，鑭氧化物2～4％，金屬鎳5～9％，鎢鐵4～7％，石墨2～5％。焊芯為H08A鋼焊絲。采用的粘結劑水玻璃的模數為2.7～3.0，濃度(波美度)為48～50。采用本發明可以焊前免預熱、焊后免熱處理或在較低的溫度預熱和熱處理條件下對熱剪刃進行堆焊修復及再制造，堆焊金屬具有較高的抗開裂性能，現場使用方便。硬度范圍為HRC45～55。在免預熱和免熱處理的情況下，修復后的零部件使用壽命長于原零部件3倍左右。在有預熱和熱處理的條件下，使用壽命可提高6～8倍。
文檔編號B23K35/22GK101406997SQ20081007964
公開日2009年4月15日 申請日期2008年10月22日 優先權日2008年10月22日
發明者楊慶祥 申請人:燕山大學