一种用于热作模具的等离子弧堆焊合金粉末制造技术

本发明专利技术提供了一种用于热作模具的等离子弧堆焊合金粉末，所述堆焊合金粉末为铁基合金粉末，其原料组分包括占原料总质量1％-2％的纳米氮化铬粉和2％-5％的氧化钇粉末。通过向铁基合金粉末中加入纳米氮化铬粉末，在堆焊金属中形成细小的氮化物间隙相，使堆焊金属具有良好的韧性和抗裂性能；同时，在合金粉末中加入氧化钇，净化堆焊金属、球化夹杂物、促使形成氮化物强化相，提高堆焊金属的抗疲劳性能。应用本发明专利技术的合金粉末配合等离子弧堆焊技术对热作模具进行修复，得到的堆焊金属具有优异的高温抗氧化性能、耐磨性、洁净度以及良好抗疲劳性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于焊接材料领域，尤其涉及一种用于热作模具的等离子弧堆焊合金粉末。
技术介绍
近年来，随着我国制造业的迅猛发展，模具特别是热作模具，如热轧工作辊、热锻模、热挤压模、热冲裁模等的用量越来越大，现已成为工业生产中大量应用的消耗件之一。模具在使用过程中由于磨损及热疲劳等原因会产生剥落、擦伤、磨损等而失效。对报废模具进行修复再制造对于降低能源、材料消耗，环保，降低企业生产成本，提高竞争力具有重要意义，目前堆焊是模具修复再制造的主要方法。等离子弧堆焊具有熔深可控性强、熔敷速度大、生产率较高，堆焊后基体材料与堆焊材料之间的界面呈冶金结合状态，其结合强度高，热输入量低，稀释率小等优点。另外，等离子弧堆焊具有易于实现机械化及自动化等优点，符合绿色制造的发展趋势，在模具修复等制造业中的应用日益广泛。等离子弧堆焊是利用等离子弧将作为堆焊材料的合金粉末熔化后沉积到工件表面，实现工件表面的强化与硬化。采用合金粉末作为堆焊材料可提高合金设计的自由度，使堆焊难熔材料成为可能，从而大幅度提高工件的耐磨、耐高温、耐腐蚀性。目前国内外所采用的等离子弧堆焊粉末主要有自熔性合金粉末和复合粉末两大类。自熔性合金粉末主要由镍基、钴基、铁基、铜基等几类构成。虽具有良好的综合性能，但由于镍和钴属稀缺金属，成本高，一般也只用于有特殊表面性能要求的堆焊中。而铁基合金粉末具有原材料来源广，价格低的特点，同时具有良好的性能，因而得到越来越广泛的应用。>复合粉末近年来日益成为研究和应用的热点，它是由两种或两种以上具有不同性能的固相所组成，不同的相之间有明显的相界面，是一种新型工程材料。组成复合粉末的成分，可以是金属与金属、金属(合金)与陶瓷、陶瓷与陶瓷、金属(合金)与塑料、金属(合金)与石墨等，范围十分广泛，几乎包括所有固态工程材料。等离子弧堆焊用于热作模具修复再制造，其堆焊金属必须满足热作模具高温抗氧化性能优异、耐磨性好、洁净度高、具有良好抗疲劳性能等技术要求，目前专用于热作模具堆焊的合金粉较少，研发热作模具等离子弧堆焊用合金粉末对于提高热作模具寿命具有重要意义。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术通过合金粉末配方的优化设计提供一种马氏体基体的模具等离子弧堆焊合金粉末，通过向铁基合金粉末中加入纳米氮化铬粉末和氧化钇粉末，使堆焊金属能够同时满足热作模具高温抗氧化性、高耐磨性、高洁净度、高抗疲劳性能等技术要求。现有的铁基合金粉末的堆焊金属虽然在硬度、致密性、结合强度等方面与镍基合金粉末大体相当，但堆焊金属的韧性低于镍基合金粉末，难以满足高韧性的要求。等离子弧堆焊熔池存在时间短，采用微米级粉末其冶金反应不充分，难以形成足够多的氮化物、碳化物硬质相。因此，本专利技术中通过加入纳米氮化铬粉末来改善其韧性和抗裂性能，使其能够达到热作模具高韧性和抗裂性能的标准要求。同时，纳米级粉末活性大，冶金反应剧烈，弥补等离子弧堆焊熔池存在时间短、冶金反应不充分的弊端，使其适于等离子弧堆焊。其中，所述的“热作模具”主要是指锤锻模具、热顶锻模具、热挤压模具、热冲裁模具、精锻模具或压铸模具等。具体技术方案如下：一种用于热作模具的等离子弧堆焊合金粉末，其特征在于，所述堆焊合金粉末为铁基合金粉末，其原料组分包括占原料总质量1％-2％的纳米氮化铬粉和2％-5％的氧化钇粉末。优选的，所述堆焊合金粉末包含以下合金元素：C、N、Si、Mn、Cr、Mo、V、Ti、Ni、W、Fe、Y。在本专利技术的多个优选实施例中，所述堆焊合金粉末的原料还包括以下组分，以占原料总质量的百分比计如下：电解锰0.5-1.5％，45#硅铁1-2％，钛铁6-10％，金属铬6-10％，高碳铬铁8-12％，钒铁2-4％，钼铁8-14％，钨粉2-6％，镍粉2-4％，余为雾化铁粉。就本专利技术的堆焊合金粉末而言，优选电解金属锰的成分以质量比计Mn含量不小于99.5％；45#硅铁的成分以质量比计是40.0％～47.0％Si，0.1％C，余为Fe和不影响性能的杂质；钛铁的成分以质量比计是23％～35％Ti，8.5％Al，5％Si，2.5％Mn，余为Fe和不影响性能的杂质；金属铬的成分以质量比计Cr含量不小于98％；高碳铬铁的成分以质量比计Cr不小于60％，C为6％～10％，Si不大于3％，S不超过0.04％，P不超过0.04％，余为Fe和不影响性能的杂质；石墨的成分以质量比计是94％～99％C；钒铁的成分以质量比计是50％V，0.2％C，2％Si，0.8％Al，余为Fe和不影响性能的杂质；钼铁的成分以质量比计是50％Mo，3％Si，余为Fe和不影响性能的杂质；钨粉的成分以质量比计W含量不小于98％；金属镍粉的成分以质量比计Ni含量不小于98％；氧化钇粉末的成分以质量百分比计Y2O3含量不小于99％；钾长石的成分以质量百分比计是62-72％SiO2，17-24％Al2O3，K2O+Na2O不小于12％，K2O不小于8％，S不超过0.04％，P不超过0.04％。氟硅酸钠的成分以质量百分比计Na2SiF4含量不小于95％；雾化铁粉的成分以质量比计Fe含量不小于99％。上述粉末的粒度为48微米～180微米(即粒度为-80目～+300目)。纳米氮化铬粉的成分以质量比计CrN含量不小于99％，粒度99％以上的小于100纳米。上述药粉的成分中允许含有加工过程中难以去除的不影响其性能的杂质。含有纳米氮化铬粉的堆焊金属具有优异的高温硬度、耐磨性能，以及良好的韧性和抗裂性能，因此，纳米氮化铬粉优选作为用于形成热作模具的堆焊合金粉末的基础原料使用。其中，当纳米氮化铬粉的含量低于1％(质量)时，高温硬度、耐磨性能，韧性和抗裂性能不良。另一方面，如果纳米氮化铬粉的含量高于2％(质量)，堆焊金属易产生气孔缺陷，成本亦升高。本专利技术已确认了下述结果：如果纳米氮化铬粉的含量不低于1％(质量)且不超过2％(质量)时，可获得期待的高温硬度、耐磨性能，韧性和抗裂性能。氧化钇稀土作为除金属和铁合金、纳米氮化铬以及不可避免的杂质以外的余分而包含的金属氧化物，其发挥净化堆焊金属、球化夹杂物、促使形成氮化物间隙相，提高堆焊金属的抗疲劳性能的作用。就其含量而言，尽管不能一概而论，但当氧化钇的含量低于2％(质量)时，可能会导致氧化钇净化和抗疲劳性能效果减弱。另一方面，氧化钇的含量高于5％(质量)时，可能会导致高温硬度和耐磨性能下降，因此，本申请中将氧化钇的加入量限定在5％(质量)以下，因此不会产生上述问题。本专利技术中，纳米氮化铬粉末的加入，可以在堆焊金属中形成细小的氮化物间隙相，同时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于热作模具的等离子弧堆焊合金粉末，其特征在于，所述堆焊合金粉末为铁基合金粉末，其原料中包括占原料总质量1％‑2％的纳米氮化铬粉和2％‑5％的氧化钇粉末。

【技术特征摘要】
1.一种用于热作模具的等离子弧堆焊合金粉末，其特征在于，所述堆焊合金粉末为铁基
合金粉末，其原料中包括占原料总质量1％-2％的纳米氮化铬粉和2％-5％的氧化钇粉末。
2.如权利要求1所述的堆焊合金粉末，其特征在于，所述堆焊合金粉末包含以下元素：
C、N、Si、Mn、Cr、Mo、V、Ti、Ni、W、Fe、Y。
3.如权利要求1所述的堆焊合金粉末，其特征在于，所述堆焊合金粉末的原料中还包括
占原料总质量0.1-2％的稳弧剂。
4.如权利要求3所述的堆焊合金粉末，其特征在于，所述稳弧剂由以下材料混合制成，
以占堆焊合金粉末原料总质量的百分比计：0.1-1％的钾长石和0.1-1％的氟硅酸钠。
5.如权利要求1所述的堆焊合金粉末，其特征在于，所述堆焊合金粉末原料中，纳米氮
化铬粉的粒度小于100纳米；其余组分的粒度均为48微米～180微米。
6.如权利要求1所述的堆焊合金粉末，其特征在于，所述堆焊合金粉末的原料中还包括
下述组分，以占堆焊合金粉末原料总质量的百分比计：电解锰0.5-1.5％，45#硅铁1-2％，钛
铁6-10％，金属铬6-10％，高碳铬铁8-12％，钒铁2-4％，钼铁8-14％，钨粉2-6％，镍粉2-4％。
7.如权利要求6所述的堆焊合金粉末，其特征在于，所述电解锰的成分以质量比计Mn
含量不小于99.5％；45#硅铁的成分以质量比计是40.0％～47.0％S...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙俊生，王洪权，王光乐，赵乐平，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37