[发明专利]应用焊丝强化热作模具材料表面的方法

说明书

本发明公开了一种焊丝及其制备、应用该焊丝强化热作模具材料表面的方法，其中，该焊丝含有占该焊丝质量85.2％～89％的铁元素，并包括占该焊丝质量5.71％～6.98％的铬元素、0.86％～1.52％的碳元素、1.16％～1.63％的锰元素、0.56％～0.84％的钒元素、0.55％～1.0％的铌元素、1.39％～1.63％的钼元素、0.5％～1.1％的硅元素和0.08％～0.1％的氮元素。本发明通过对预先设计焊丝的成分和配比，尤其是组成焊丝拉丝原料的合金粉末的成分和配比等进行改进，使得该焊丝尤其可应用于热作模具材料工作表面强化，提高热作模具表面高温工作的性能。

技术领域

本发明属于金属材料表面技术领域，更具体地，涉及一种焊丝及其制备、以及应用该焊丝强化热作模具材料表面的方法，其中使用该焊丝强化热作模具材料表面的方法是基于气体保护焊，尤其适用于热作模具表面的强化改性。

背景技术

热作模具材料在服役期间高温、高压和循环应力的作用下，其工作表面产生的热疲劳表面裂纹以及高温磨损是模具失效的主要形式，占所有失效模具的八成，而模具的制备成本很高(材料和加工)，生产周期长(一般要几个月的时间)，极大的降低了模具的使用性能和寿命。为了提高模具的寿命，需提高其工作表面的耐磨性能和材料的断裂韧性。

传统的方法是对碳合金化钢进行热处理以获得均匀一致的组织性能并使用表面淬火的方法来获得高韧性、高耐磨性能的材料。但形成的表面由于冷却速度的不同，往往形成不均匀的组织结构，而且主要的强化相-铬的碳化物在钢基体中的弥散效果较差，高温稳定性能不足，在热处理过程中容易使M₂₃C₆、M₇C₃等碳化物硬质点过分长大形成硬脆相。研究发现，若是能使用氮代替一部分碳来对钢进行固溶和合金强化，可以在不损失基体韧性的同时，析出具有高温稳定性能的氮化物合金质点，提高钢的硬度、耐磨性和高温稳定性；并且，氮比较于碳具有更好的固溶强化性能，氮的化合物也同时比碳化物具有更好的高温稳定性和弥散性。

目前业界实现氮代替部分碳使用的方法主要有两种，一种是铸造钢的时候往里面通氮气，然后长时间高温高压，使其固溶在基体中，固溶度高且均匀；另一种是表面渗氮、渗硼、渗碳或者二元，多元共渗可以形成一层很薄的(微米级)的强化层，强度很高的表面。第一种方法一般用作大批量的钢材生产，如H13钢，但不易用于现场的模具再修复操作。第二种方法耗时太长，一般需要四五个小时至十几、二十多个小时，并且该方法需要真空环境，操作困难、成本高且对样品尺寸有限制；强化层厚度不足，且强化效果沿着厚度方向分布极为不均，不能满足受到循环机械/热应力作用下的热作模具刚的要求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种焊丝及其制备、以及应用该焊丝强化热作模具材料表面的方法，其中通过对关键的预先设计焊丝的成分和配比，尤其是组成焊丝拉丝原料的合金粉末的成分和配比等进行改进，使得该焊丝尤其可应用于热作模具材料工作表面强化，与现有技术相比能够有效解决目前通过表面淬火强化的热作模具表面高温工作性能不足的问题，以及碳合金化钢长时间在高温条件下容易出现脱碳软化等组织恶化现象。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种焊丝，其特征在于，该焊丝含有占该焊丝质量85.2％～89％的铁元素，并包括占该焊丝质量5.71％～6.98％的铬元素、0.86％～1.52％的碳元素、1.16％～1.63％的锰元素、0.56％～0.84％的钒元素、0.55％～1.0％的铌元素、1.39％～1.63％的钼元素、0.5％～1.1％的硅元素和0.08％～0.1％的氮元素。

作为本发明的进一步优选，所述焊丝包括占该焊丝质量5.95％的铬元素、1.11％的碳元素、1.2％的锰元素、0.6％的钒元素、0.6％的铌元素、1.50％的钼元素、0.6％的硅元素和0.08％～0.1％的氮元素，余量为铁元素。