CN100493800C - 水平电渣堆焊生产刀具表面复合钢坯的制造方法 - Google Patents

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Abstract

水平电渣堆焊生产刀具表面复合钢坯的制造方法，属电渣堆焊技术。该技术已应用于废旧曲轴，轧辊和模块的翻新修复，但用作刀具的复合钢材要求堆焊面积大、界面清晰、厚薄均匀、粘合度高。本发明采用水平堆焊。低碳本体钢水平放置于工作平台，需堆焊面向上，由三个组合式模板、一个固定模板与本体钢的一部分形成一个型腔，三个组合式模板和工作平台连接成一个可移动整体，可与工作平台同步平移。以高碳刃口钢作电极，可多头并联，电渣粉先溶成液体再倒入型腔，电极熔化成金属液面通过调节装置均匀不断地堆焊在本体钢上。平移工作平台，堆焊层不断延伸，制造出二层或多层表面复合的刀具钢坯，再经加工制成复合带钢、扁材、板材。

Description

水平电渣堆焊生产刀具表面复合钢坯的制造方法
技术领域
本发明涉及电渣冶金技术，特别是涉及电渣堆焊技术。
背景技术
目前国内外制造复合钢材有以下几种生产方法：一是***成型法，二是轧制复合法，三是复合浇铸法。***成型法主要用于军工和国家重大工程项目，成本极高。轧制复合法存在的问题是压缩比小，粘合不够理想，表面处理要求高，成材率低。复合浇铸法的粘合质量和成本均尚理想，但对表面复合钢锭和钢坯在热加工时因不同金属的延伸率不同，过渡层易于分离，设备易出故障，此三种方法尤其是前二种不宜于刀剪行业中表面复合钢材的生产。电渣堆焊法在现有技术中已有应用于废旧曲轴，轧辊和模块等工件的翻新修复，可使之完全达到新品的使用效果，但应用电渣堆焊法来制造复合钢材尚未有先例。有一件名称为“用电渣堆焊技术翻新废旧锻模的工艺方法”的中国发明专利申请，它通过如下技术达到发明目的。起焊底板置于工作台上，废旧锻模是竖置于起焊底板上的，由几个水箱和废旧锻模体构成一空腔，板极即电极下端对准需堆焊的空腔，并与空腔体的内面保持一定的间隙以防短路。空腔内放入含有铝热剂的电渣渣粉，将板极下移与渣粉接触，使之快速熔化并形成渣池，板极熔化后形成堆焊金属，利用机器的自动进给装置将板极匀速送入渣池，堆焊的金属液体便不断增加，渣粉液面也随之上升，收焊时匀速减慢板极的送进速度，衰减焊接电流进行收焊。
从上述技术可以知道，由于废旧锻模是竖置的，即该法中需电渣堆焊的部位是一个竖面。这样，随之堆焊过程中温度的升高，废旧锻模堆焊面的熔融度由下而上的加大，新堆焊上去的金属也随之增多，因此其复合后的界面由下而上成为一斜面，也就是说其堆焊层是沿着堆焊方向由薄变厚的，而且需堆焊的部位高度越高，其堆焊层的厚薄差异便越大。这对废旧模块的修复而言问题不大，但对于刀剪行业所需之复合钢材而言则不适用。因为用作刀具的复合钢材是由两种性能差异较大的材料复合，既要有高碳合金钢的纯度以保持其锋利、坚硬的特点，又要有低碳本体钢的可磨和加工性，而且要求堆焊的界面清晰，厚薄均匀，粘合强度又高。
本发明的目的在于采用卧式水平电渣堆焊工艺生产出二层或多层表面复合的钢坯、钢材，尤其可以实现差异较大的金属材料的复合，达到粘合好、成材率高、刃口钢材质纯、工艺简单、成本低，以满足各行业特别是刀剪刀具行业对二层以上复合钢材的需要。
发明内容
本发明是这样实现的。电渣前先将需堆焊的金属面进行加工并清理，电渣渣粉中含有铝热剂，电极伸入电渣腔体并与水冷结晶器周围保持一定间隙，通电后电极自熔出金属液体形成堆焊。本发明的特征在于采用卧式水平电渣堆焊技术将刀具刃口钢制成的电极通过电渣重熔成金属液体水平堆焊在被复合的低碳本体钢表面上，并保持电渣后钢水在水平方向厚度均匀。具体的说，即将低碳本体钢(2)需堆焊的一面朝上放置于通水的工作平台(1)上；高碳刃口钢制成的电极(3)其截面为矩形，可以是双头或多头并联，焊接在掛板(5)上，再安装在焊机的夹头上；水冷结晶器由三个组合式通水模板(5)、(6)、(7)及固定通水模板(8)组成，它们与低碳本体钢(3)的一部分形成一个型腔(9)，三个组合式通水模板(6)、(7)、(8)和工作平台(1)连成一个可移动的整体，可与工作平台(1)实现同步平移；将电极(3)送入型腔(9)，慢慢移近至本体钢(2)表面，电渣渣粉先在熔渣炉内熔成液体再倒入型腔(9)，带电的电极与渣液接触即通电工作，渣液的热量对本体钢进行预热并使其表面融化，电极(3)由自动进给装置匀速进入渣池且表面熔融，并由安装在工作平台上的电脑控制水平移动的调节装置来确保电极(3)熔化后形成的金属液面均匀持续地堆焊在本体钢(2)的表面；不断平移工作平台(1)，电极熔成的钢水不断进入新形成的型腔，堆焊层沿水平方向的长度随之不断延伸，最后收焊，从而制造出二层复合的刀具钢坯。若更换电极材料，运用上述方法再次进行水平电渣堆焊，便可制造出不同材料的多层复合刀具钢坯。
对于需小面积电渣堆焊的钢坯而言，只需将型腔(9)按所需电渣堆焊的面积固定出来，按上述制造方法的步骤进行电渣堆焊而不必使用移动方式即可批量生产。
应用本发明制造的钢坯，经过热加工、冷加工工艺可制造成各种规格的表面复合的带钢、表面复合的扁钢和表面复合的板材。高碳刃口钢制成的电极可以为三头，呈工字形焊接在褂板(4)上。
本发明具有显著的积极效果：
1、堆焊面为一较大的长方形平面，其长度可达600-2500mm，宽度：100-200mm，电渣厚度在20-60mm，可满足冶金行业实现“一火成材”的热轧带钢和扁钢的生产，较大幅度降低生产成本。
2、生产出的表面复合钢坯，经测试其界面粘合率高达98％以上，粘合质量高于***、热轧、浇铸工艺生产的复合钢。其界面的剪切强度在退火状态下>370牛顿/平方毫米。高碳钢与低碳钢二种材质清晰可辨。
3、加工工艺简单，成材率高达95％以上。
4、成本较低，经济效益显著。因刃口钢重量只占整个复合钢重量的15-35％，而电渣复合的成本仅是电渣刃口钢的部分。如普碳和高速钢复合的机械刀片钢坯，电渣复合的成本比传统热轧复合低三分之一，成材率提高20％。
5、所需电渣堆焊进行表面复合的金属材料可以是表面全复合，也可是不同部位的局部复合。
6、适合于各种材料的复合。如普钢和高速工具钢、合金工具钢，碳素工具钢的复合，低碳铁素体、马氏体、奥氏体不锈钢和高碳马氏体不锈钢的复合。
7、刃口钢经电渣重熔精炼后，各种夹杂物大为减少，无偏析，组织致密，晶粒细，全面提高了刃口钢材质及其综合机械性能，提高了刀具的使用价值。
8、可以制成各种规格的表面复合热轧带钢、冷轧带钢、扁钢、板材。
附图说明
附图1为本发明A-A向剖视图；
附图2为本发明俯视图；
附图3为本发明实施例示意图。
具体实施方式
以Q235普碳钢为本体钢和W18Crl4V1或W6MO5Cr4V2高速工具钢表面复合机械刀片复合扁钢为例：
需电渣堆焊的本体钢尺寸如图3所示为70 X 140mm，也可按工艺要求加工出一边的缺口，如缺口为梯形，其上底为55mm，下底为50mm，，高为25mm。将经加工清理的本体钢水平放置于工作平台上，由四个通水模板将其固定，通水冷却。其中三个通水模板可随工作平台同步平移，将高速钢的扁钢做成双头或三头电极，并联，慢慢移至本体钢上方，使电极与四周保持一定距离。放入电渣液即通电焊，随着电极下移，融化的高速钢钢水在型腔中逐渐上升，渣液也随之上升，当高速钢液达到一定高度和本体钢平面接近时，利用电脑控制***慢慢移动工作平台，其速度和刃口钢电极熔化速度保持同步，堆焊钢水朝延伸一边形成的新的型腔内继续堆焊，逐步沿长度方向完成全部电渣堆焊过程。待钢水收缩，冷却凝固后，拆除四个水箱，清除电渣残层，并将电渣复合钢坯进行缓冷处理。缓冷后的复合钢坯，经过表面精整，清除电渣残留和表面缺陷，进行热加工，按高速钢加热和轧制工艺要求轧制刀具复合面钢坯，轧后马上送入热处理炉，进行退火处理，即制成了机械刀片高速复合钢的刀坯。

Claims (5)

1、水平电渣堆焊生产刀具表面复合钢坯的制造方法，电渣前先将需堆焊的低碳本体钢表面进行加工并清理，电渣渣粉中含有铝热剂，水冷结晶器由三个组合式通水模板(5，6，7)及固定通水模板(8)组成，它们与低碳本体钢(2)的一部分形成一个电渣腔体(9)，三个组合式通水模板(5，6，7)和工作平台(1)连成一个可移动的整体，可与工作平台(1)实现同步平移，电极伸入电渣腔体并与水冷结晶器周围保持一定间隙，通电后电极自熔出钢水形成堆焊，电极由自动进给装置匀速送入渣池，其特征在于：采用卧式水平电渣堆焊技术将刀具刃口钢制成的电极通过电渣重熔成钢水水平堆焊在被复合的低碳本体钢表面上，并保持电渣后钢水在水平方向厚度均匀；
①低碳本体钢(2)需堆焊的一面朝上水平放置于工作平台(1)上；
②刀具刃口钢制成的电极(3)其截面为矩形，将电极(3)送入电渣腔体(9)，移近至低碳本体钢(2)表面；
③电渣渣粉先在熔渣炉内熔成液体再倒入电渣腔体(9)，带电的电极与渣液接触即通电工作，电极(3)匀速进入渣池且表面熔融，并通过水平移动调节装置确保电极(3)融化后形成的金属液面均匀持续地堆焊在低碳本体钢(2)的表面；
④不断平移工作平台(1)，电极熔成的钢水不断进入新形成的电渣腔体，堆焊层沿水平方向的长度随之不断延伸，最后收焊，从而制造出二层表面复合的刀具钢坯。
2、根据权利要求1所述的水平电渣堆焊生产刀具表面复合钢坯的制造方法，其特征在于：制造出二层表面复合的刀具钢坯后更换电极材料再次进行水平电渣堆焊，制造出不同材料的多层表面复合的刀具钢坯。
3、根据权利要求1所述的水平电渣堆焊生产刀具表面复合钢坯的制造方法，其特征在于：所需电渣堆焊进行表面复合的低碳本体钢可以是表面全复合，也可以是不同部位的局部复合。
4、根据权利要求1所述的水平电渣堆焊生产刀具表面复合钢坯的制造方法，其特征在于：将所述二层表面复合的刀具钢坯，经过热加工、冷加工工艺可制造成各种规格的表面复合的带钢、扁钢、板材。
5、根据权利要求2所述的水平电渣堆焊生产刀具表面复合钢坯的制造方法，其特征在于：将所述多层表面复合的刀具钢坯经过热加工、冷加工工艺可制造成各种规格的表面复合的带钢、扁钢、板材。
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