專利名稱：水平電渣堆焊生產(chǎn)刀具表面復(fù)合鋼坯的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電渣冶金技術(shù)，特別是涉及電渣堆焊技術(shù)。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)外制造復(fù)合鋼材有以下幾種生產(chǎn)方法一是爆炸成型法，二是軋制復(fù)合法，三是復(fù)合澆鑄法，。爆炸成型法主要用于軍工和國家重大工程項(xiàng)目，成本極高。軋制復(fù)合法存在的問題是壓縮比小，粘合不夠理想，表面處理要求高，成材率低。復(fù)合澆鑄法的粘合質(zhì)量和成本均尚理想，但對表面復(fù)合鋼錠和鋼坯在熱加工時(shí)因不同金屬的延伸率不同，過渡層易于分離，設(shè)備易出故障，此三種方法尤其是前二種不宜于刀剪行業(yè)中表面復(fù)合鋼材的生產(chǎn)。電渣堆焊法在現(xiàn)有技術(shù)中已有應(yīng)用于廢舊曲軸，軋輥和模塊等工件的翻新修復(fù)，可使之完全達(dá)到新品的使用效果，但應(yīng)用電渣堆焊法來制造復(fù)合鋼材尚未有先例。有一件名稱為“用電渣堆焊技術(shù)翻新廢舊鍛模的工藝方法”的中國發(fā)明專利申請，它通過如下技術(shù)達(dá)到發(fā)明目的。起焊底板置于工作臺上，廢舊鍛模是豎置于起焊底板上的，由幾個(gè)水箱和廢舊鍛模體構(gòu)成一空腔，板極即電極下端對準(zhǔn)需堆焊的空腔，并與空腔體的內(nèi)面保持一定的間隙以防短路。空腔內(nèi)放入含有鋁熱劑的電渣渣粉，將板極下移與渣粉接觸，使之快速熔化并形成渣池，板極熔化后形成堆焊金屬，利用機(jī)器的自動(dòng)進(jìn)給裝置將板極勻速送入渣池，堆焊的金屬液體便不斷增加，渣粉液面也隨之上升，收焊時(shí)勻速減慢板極的送進(jìn)速度，衰減焊接電流進(jìn)行收焊。
從上述技術(shù)可以知道，由于廢舊鍛模是豎置的，即該法中需電渣堆焊的部位是一個(gè)豎面。這樣，隨之堆焊過程中溫度的升高，廢舊鍛模堆焊面的熔融度由下而上的加大，新堆焊上去的金屬也隨之增多，因此其復(fù)合后的界面由下而上成為一斜面，也就是說其堆焊層是沿著堆焊方向由薄變厚的，而且需堆焊的部位高度越高，其堆焊層的厚薄差異便越大。這對廢舊模塊的修復(fù)而言問題不大，但對于刀剪行業(yè)所需之復(fù)合鋼材而言則不適用。因?yàn)橛米鞯毒叩膹?fù)合鋼材是由兩種性能差異較大的材料復(fù)合，既要有高碳合金鋼的純度以保持其鋒利、堅(jiān)硬的特點(diǎn)，又要有低碳本體鋼的可磨和加工性，而且要求堆焊的界面清晰，厚薄均勻，粘合強(qiáng)度又高。
本發(fā)明的目的在于采用臥式水平電渣堆焊工藝生產(chǎn)出二層或多層表面復(fù)合的鋼坯、鋼材，尤其可以實(shí)現(xiàn)差異較大的金屬材料的復(fù)合，達(dá)到粘合好、成材率高、刃口鋼材質(zhì)純、工藝簡單、成本低，以滿足各行業(yè)特別是刀剪刀具行業(yè)對二層以上復(fù)合鋼材的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的。電渣前先將需堆焊的金屬面進(jìn)行加工并清理，電渣渣粉中含有鋁熱劑，電極伸入電渣腔體并與水冷結(jié)晶器周圍保持一定間隙，通電后電極自熔出金屬液體形成堆焊。本發(fā)明的特征在于采用臥式水平電渣堆焊技術(shù)將刀具刃口鋼制成的電極通過電渣重熔成金屬液體水平堆焊在被復(fù)合的低碳本體鋼表面上，并保持電渣后鋼水在水平方向厚度均勻。具體的說，即將低碳本體鋼(2)需堆焊的一面朝上放置于通水的工作平臺(1)上；高碳刃口鋼制成的電極(3)其截面為矩形，可以是雙頭或多頭并聯(lián)，焊接在掛板(5)上，再安裝在焊機(jī)的夾頭上；水冷結(jié)晶器由三個(gè)組合式通水模板(5)、(6)、(7)及固定通水模板(8)組成，它們與低碳本體鋼(3)的一部分形成一亇型腔(9)，三亇組合式通水模板(6)、(7)、(8)和工作平臺(1)連成一個(gè)可移動(dòng)的整體，可與工作平臺(1)實(shí)現(xiàn)同步平移；將電極(3)送入型腔(9)，慢慢移近至本體鋼(2)表面，電渣渣粉先在熔渣爐內(nèi)熔成液體再倒入型腔(9)，帶電的電極與渣液接觸即通電工作，渣液的熱量對本體鋼進(jìn)行預(yù)熱并使其表面融化，電極(3)由自動(dòng)進(jìn)給裝置勻速進(jìn)入渣池且表面熔融，并由安裝在工作平臺上的電腦控制水平移動(dòng)的調(diào)節(jié)裝置來確保電極(3)熔化后形成的金屬液面均勻持續(xù)地堆焊在本體鋼(2)的表面；不斷平移工作平臺(1)，電極熔成的鋼水不斷進(jìn)入新形成的型腔，堆焊層沿水平方向的長度隨之不斷延伸，最后收焊，從而制造出二層復(fù)合的刀具鋼坯。若更換電極材料，運(yùn)用上述方法再次進(jìn)行水平電渣堆焊，便可制造出不同材料的多層復(fù)合刀具鋼坯。
對于需小面積電渣堆焊的鋼坯而言，只需將型腔(9)按所需電渣堆焊的面積固定出來，按上述制造方法的步驟進(jìn)行電渣堆焊而不必使用移動(dòng)方式即可批量生產(chǎn)應(yīng)用本發(fā)明制造的鋼坯，經(jīng)過熱加工、冷加工工藝可制造成各種規(guī)格的表面復(fù)合的帶鋼、表面復(fù)合的扁鋼和表面復(fù)合的板材。高碳刃口鋼制成的電極可以為三頭，呈工字形焊接在掛板(4)上。
本發(fā)明具有顯著的積極效果1.堆焊面為一較大的長方形平面，其長度可達(dá)600-2500mm，寬度100-200mm，電渣厚度在20-60mm，可滿足冶金行業(yè)實(shí)現(xiàn)“一火成材”的熱軋帶鋼和扁鋼的生產(chǎn)，較大幅度降低生產(chǎn)成本。
2.生產(chǎn)出的表面復(fù)合鋼坯，經(jīng)測試其界面粘合率高達(dá)98％以上，粘合質(zhì)量高于爆炸、熱軋、澆鑄工藝生產(chǎn)的復(fù)合鋼。其界面的剪切強(qiáng)度在退火狀態(tài)下＞370牛頓/平方毫米。高碳鋼與低碳鋼二種材質(zhì)清晰可辨。
3.加工工藝簡單，成材率高達(dá)95％以上。
4.成本較低，經(jīng)濟(jì)效益顯著。因刃口鋼重量只占整個(gè)復(fù)合鋼重量的15-35％，而電渣復(fù)合的成本僅是電渣刃口鋼的部分。如普碳和高速鋼復(fù)合的機(jī)械刀片鋼坯，電渣復(fù)合的成本比傳統(tǒng)熱軋復(fù)合低三分之一，成材率提高20％。
5.所需電渣堆焊進(jìn)行表面復(fù)合的金屬材料可以是表面全復(fù)合，也可是不同部位的局部復(fù)合6.適合于各種材料的復(fù)合。如普鋼和高速工具鋼、合金工具鋼，碳素工具鋼的復(fù)合，低碳鐵素體、馬氏體、奧氏體不銹鋼和高碳馬氏體不銹鋼的復(fù)合。
7.刃口鋼經(jīng)電渣重熔精煉后，各種夾雜物大為減少，無偏析，組織致密，晶粒細(xì)，全面提高了刃口鋼材質(zhì)及其綜合機(jī)械性能，提高了刀具的使用價(jià)值。
8.可以制成各種規(guī)格的表面復(fù)合熱軋帶鋼、冷軋帶鋼、扁鋼、板材。


附圖1為本發(fā)明A-A向剖視圖附圖2為本發(fā)明俯視圖附圖3為本發(fā)明實(shí)施例示意圖
具體實(shí)施例方式以Q235普碳鋼為本體鋼和W18Cr14V1或W6M05Cr4V2高速工具鋼表面復(fù)合機(jī)械刀片復(fù)合扁鋼為例需電渣堆焊的本體鋼尺寸如圖3所示為70×140mm，也可按工藝要求加工出一邊的缺口，如缺口為梯形，其上底為55mm，下底為50mm，高為25mm。將經(jīng)加工清理的本體鋼水平放置于工作平臺上，由四個(gè)通水模板將其固定，通水冷卻。其中三個(gè)通水模板可隨工作平臺同步平移，將高速鋼的扁鋼做成雙頭或三頭電極，并聯(lián)，慢慢移至本體鋼上方，使電極與四周保持一定距離。放入電渣液即通電起焊，隨著電極下移，熔化的高速鋼鋼水在型腔中逐漸上升，渣液也隨之上升，當(dāng)高速鋼液達(dá)到一定高度和本體鋼平面接近時(shí)，利用電腦控制系統(tǒng)慢慢移動(dòng)工作平臺，其速度和刃口鋼電極熔化速度保持同步，堆焊鋼水朝延伸一邊形成的新的型腔內(nèi)繼續(xù)堆焊，逐步沿長度方向完成全部電渣堆焊過程。待鋼水收縮，冷卻凝固后，拆除四個(gè)水箱，清除電渣殘層，并將電渣復(fù)合鋼坯進(jìn)行緩冷處理。緩冷后的復(fù)合鋼坯，經(jīng)過表面精整，清除電渣殘留和表面缺陷，進(jìn)行熱加工，按高速鋼加熱和軋制工藝要求軋制刀具復(fù)合面鋼坯，軋后馬上送入熱處理爐，進(jìn)行退火處理，即制成了機(jī)械刀片高速復(fù)合鋼的刀坯。
權(quán)利要求
1.水平電渣堆焊生產(chǎn)刀具表面復(fù)合鋼坯的制造方法，電渣前先將需堆焊的金屬面進(jìn)行加工并清理，電渣渣粉中含有鋁熱劑，電極伸入電渣腔體并與水冷結(jié)晶器周圍保持一定間隙，通電后電極自熔出金屬液體形成堆焊，電極由自動(dòng)進(jìn)給裝置勻速送入渣池，其特征在于采用臥式水平電渣堆焊技術(shù)將刀具刃口鋼制成的電極通過電渣重熔成金屬液體水平堆焊在被復(fù)合的低碳本體鋼表面上，并保持電渣后鋼水在水平方向厚度均勻；①低碳本體鋼(2)需堆焊的一面朝上水平放置于工作平臺(1)上；②高碳刃口鋼制成的電極(3)其截面為矩形，將電極(3)送入型腔(9)，移近至本體鋼(2)表面；③電渣渣粉先在熔渣爐內(nèi)熔成液體再倒入型腔(9)，帶電的電極與渣液接觸即通電工作，電極(3)勻速進(jìn)入渣池且表面熔融，并通過水平移動(dòng)調(diào)節(jié)裝置確保電極(3)融化后形成的金屬液面均勻持續(xù)地堆焊在本體鋼(2)的表面；④不斷平移工作平臺(1)，電極熔成的鋼水不斷進(jìn)入新形成的型腔，堆焊層沿水平方向的長度隨之不斷延伸，最后收焊，從而制造出二層表面復(fù)合的刀具鋼坯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水平電渣堆焊生產(chǎn)刀具表面復(fù)合鋼坯的制造方法，其特征在于型腔(9)是按所需電渣堆焊的面積固定的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水平電渣堆焊生產(chǎn)刀具表面復(fù)合鋼坯的制造方法，其特征在于制造出二層表面復(fù)合的刀具鋼坯后更換電極材料再次進(jìn)行水平電渣堆焊，制造出不同材料的多層表面復(fù)合的刀具鋼坯。
4..根據(jù)權(quán)利要求1所述的水平移動(dòng)電渣堆焊工藝生產(chǎn)刀具表面復(fù)合鋼坯的制造方法，其特征在于所需電渣堆焊進(jìn)行表面復(fù)合的金屬材料可以是表面全復(fù)合，也可以是不同部位的局部復(fù)合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水平移動(dòng)電渣堆焊工藝生產(chǎn)刀具表面復(fù)合鋼坯的制造方法，其特征在于將本發(fā)明制造出的鋼坯，經(jīng)過熱加工、冷加工工藝可制造成各種規(guī)格的表面復(fù)合的帶鋼、扁鋼、板材。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水平電渣堆焊生產(chǎn)刀具表面復(fù)合鋼坯的制造方法，其特征在于將本發(fā)明制造出的鋼坯經(jīng)過熱加工、冷加工工藝可制造成各種規(guī)格的表面復(fù)合的帶鋼、扁鋼、板材。
全文摘要
水平電渣堆焊生產(chǎn)刀具表面復(fù)合鋼坯的制造方法，屬電渣堆焊技術(shù)。該技術(shù)己應(yīng)用于廢舊曲軸，軋輥和模塊的翻新修復(fù)，但用作刀具的復(fù)合鋼材要求堆焊面積大、界面清晰、厚薄均勻、粘合度高。本發(fā)明采用水平堆焊。低碳本體鋼水平放置于工作平臺，需堆焊面向上，由三個(gè)組合式模板、一個(gè)固定模板與本體鋼的一部分形成一型腔，三個(gè)組合式模板和工作平臺連接成一個(gè)可移動(dòng)整體，可與工作平臺同步平移。以高碳刃口鋼作電極，可多頭并聯(lián)，電渣粉先溶成液體再倒入型腔，電極熔化成金屬液面通過調(diào)節(jié)裝置均勻不斷地堆焊在本體鋼上。平移工作平臺，堆焊層不斷延伸，制造出二層或多層表面復(fù)合的刀具鋼坯，再經(jīng)加工制成復(fù)合帶鋼、扁材、板材。
文檔編號B23K9/04GK1721117SQ20041005279
公開日2006年1月18日 申請日期2004年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月13日
發(fā)明者范廣益, 范曄 申請人:上海集思復(fù)合鋼技術(shù)開發(fā)有限公司, 上海泛屹復(fù)合鋼有限公司