粉末冶金冷作工具钢的焊接_冯志军
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第12卷第6期2(XX)年12月国外金属热处理Vol12】无cN
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(XX2
粉末冶金冷作工具钢的焊接
一胜百模具技术(上海)有限公司(上海20nO8)冯志军编译
摘要通常粉末冶金钢被认为是不可焊接的成功的焊接修补依赖于焊接方法的选择合适的焊条及焊接工
艺
由于粉末冶金钢的高淬透性和低延展性所以焊接时应特别的小心焊前预热合适的堆焊次序及后处理都是防止
开裂的必要
措施
为了过渡层和表面硬化层满足实际应用的合适性能应该选择焊条
或焊
丝
对有系列长度的冲头做小的焊接修补有价格上的吸引力
0引言用于冷作模具的粉末冶金钢应该具有高耐磨性和韧性因此它的合金元素(CrM。WV)含量高及C含量高(>1%)这类钢一般认为是不可焊的因为它承受外来应力的能力低可焊性就差当焊补有裂纹磨损或崩塌的模具时和生产新的模具相比价格有吸引力本文的基础是做两种冷作工具钢(v4V23)的焊接试验适用于切割冲切或精冲搓丝压制深拉等表Iv4同V23的比较wt%1焊接工艺11焊前准备所有要焊接的表面包括焊缝周围必须彻底清洁如果有裂纹必须全部打磨一直磨到连接的底部焊缝槽的侧面应有到焊缝垂直中心线至少30℃的角度在焊接开始之前应该对磨光区域作液体渗透检查确信所有缺陷已经除掉12焊前预热焊前预热是必须的在焊接时工具钢必须保证在Ms温度以上因此焊缝在焊完冷下来之前保持奥氏体确保得到更均匀的显微组织开裂的危险较小13填充金属131概说主要的要求有耐磨性和韧性不必要求填充金属同基体具有相同的化学成分软化退火金属的焊接则例外那末填充金属必
须承受基体的奥氏体化温度由于基体和焊缝金属之间巨大的成分差异导致热处理后两者的硬度
不
同除此之外淬火时开裂的可能性增大132软性填料
在某种情况下能够甚至应该使用一种与基体
完全不同的填充金属大的修补至少使用两种不用的焊条对焊缝根部和焊缝本身要求尽可能的强韧以防止发生开裂这里用iN基焊条有好处焊缝
表面相当于模具的工作表面必须使用一种与模具钢成分和硬度近似的焊条
133填充金属的处理
所有能淬火的钢都对氢脆敏感因此把吸收的水分降到最少很重要敏感的显微组织高应力和溶解的氢是产生氢裂纹的三个必要条件
用包覆焊条进行焊接时氢总是进人到焊缝中
其中主要部分来自焊药涂层中的湿气周围环境中
的氢也会进人到电弧中焊槽表面和填充焊丝上的
铁锈残油油漆也能吸收水分然而通过简单的预防措施焊缝中的氢含量能够降到低水准
l)一旦打开包覆焊条的包装总是把它保存到
高温千燥箱中
2)储存好皿G焊丝使用前不能有锈并清洗干净
3)焊接前及时清洗焊缝槽及其周围区域
14堆焊
一般原则是最靠近基体的第一层金属用低热
输人不要过多的影响底层基体金属这类钢较好的方法是用气体保护的钨极氢弧焊(g队W
或TIG)
为了降低由热应力引起的变形和开裂的危险程
度应使焊接区域和工件其它区域之间的温差(层间
温度)不超过150℃淬火材料在加热影响区会产第6期冯志军:粉末冶金冷作工具钢的焊接
生焊接软区热影响区内延展性低为了减少由于焊缝堆砌形成的应力应采用一层一层焊接堆起来(间断焊o)每层长度不超过沁n.堆焊后立即进行锤击处理(图l)永远应该用iN基软的过渡层(图2)在开始焊接与基体材料相匹配的硬焊料之前用一种过渡的填充材料来逐渐增加硬度除非修补的部位很小否则都推荐用这种方法ll摧尸、悬冷用缓冲层一层一层地焊(
图3)
15后处理
工模具在焊完后进行任何后处理之前至少冷到70℃这样使得焊缝及热影响区的组织转变成
马
氏体淬火的工模具焊后需回火以获得适当的韧性
和
机
械性能原则是选择低于先前回火温度的
10一为℃
如果工模具在焊前已处于软化退火状态则焊
后需进行软化退火这样焊件可进行机加工并且按照对该钢种所推荐的工艺进行常规热处理
图1间断焊
硬熔敷金属
3r盯1
图5叨以ADIS4
冷挤
压
模
软焊料图2缓冲过渡层
图3边上焊缝
图6VANADIS23冲头与WNr12312型底座焊在一起
6对VANADIS4和VANAD
IS
23的推荐工艺
表2和图7一9列出焊接工艺包括温度和热处理
图4由应力引起的焊缝开裂
由于应力减小边和转角上小的修补可以不采
2应用试验
21性能
冲头(尺寸20~丫如咖x50咖)的边和角已
经用气体保护钨极电弧焊(J队W)补焊冲头材料分别为vNAAD份4硬度为印HRC(低温回火
)
;
VANAD
IS23硬度为62HRC
根据上述推荐工艺进
行焊接第6期
冯志军:粉末冶金冷作工具钢
的焊接
表3填充材料的化学成分和硬度回火后硬度乃
C
Csi
CrMo
2印℃粼℃
不月P6A肠CA】刀AX/Q姗助0Cas幻TigsVNAADSI4VAN]A〕1230092067~6100640407`印3
4
096040297~26、
00480409、
26
280034064
馨
图10焊接前后的冲头
对每一种钢使用四种不同(包括一种与基体具有相同化学成分)的填充材料后处理后的典型化学成分和硬度见表3冲头用来冲1~厚的S2S33(3A叨M304)奥氏体不锈钢所有冲头都冲了1万次22结果和讨论没有发生开裂和完全失效焊缝金属的检验表明是不同程度的崩塌最好的是使用与基体金属(VANADIS4和VANADIS23)相同化学成分的金属焊接其次是对小的崩塌可用CALMAX/以RMO填
充焊接其它焊件是沿着焊接边缘发生小损坏(图11
12)图中文字指的是填充材
料
在VANADIS23上补焊总的来说要比
在
丫ANADIS4上的耐磨性差些54()℃更高
温回火可
以获得较好
的
韧性
高硬度的UTPA696和CALMAX/CARMO在
广一一下
门
图nVANADIS4上焊接的边缘《国
外金属热处理》
图12VANADS23上焊接的边缘
5叨℃回火是由基体金属决定的纯的焊缝金属
硬度在so一5HRC预期能提高耐磨性然而在实际上经常使用带浅槽的小修补因此基体和焊缝金属的混合是一个现实
冲头和底模之间的间隙是否恰当是很重要的冲头角的耐用性取决于圆角半径的大小图13显示冲10(X刃次后不同的磨损台阶由于焊接中的回火使部分热影响区比基体金属软对于高淬硬钢焊接的回火作用不可避免但是其影响宽度和深度会随热输入的大小改变而改变在这区域变形及磨损的增加限制了冲头的使用寿命如果变形过大会在产品上看到痕迹
完好的角起始破裂崩角
图l3I爪C64VH10VANADIS4
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!黔釜引燮丝困基体金属
印549
图14典型淬硬钢的分布曲线焊接金属与基体性能不同。尽管用与基体材料
相同化学成分的填充材料但组织结构却不同这将降低冲头的使用寿命但是用焊接修补一些有系
图15热影响区的变形和磨损列长度已不全的大的冲头或形状复杂的冲模具时价格上有优势(下转第23页)
