5CrNiMo-1打底焊条

低氢型药皮的热锻模堆焊焊条，具有的韧性，抗氧化性及耐磨损性能，采用直流反接。

用途：用于耐腐蚀，耐高温及气蚀的模具堆焊，主要用于堆焊模具型腔，也可用于特定的锻模或机锻模。

堆焊层硬度（焊后空冷）：HRC 44-46            540℃左右回火硬度HRC  46-47

参考电流:

注意事项：1.焊前焊条须经350℃左右烘焙1小时，然后放在100~150℃保温箱内随用随取。

2.焊前须将工件预热至450℃左右（预热时间按模块厚度25mm/小时计算），并将堆焊部分表面的油污和铁锈清理干净。

5CrNiMo-2盖面焊条

低氢型药皮的热锻模堆焊焊条，具有高强度，高硬度，耐冲击性和耐磨损性能，采用直接反流。

用途：用于切边凹模，剪刀模刃口，冲头及模具桥部，模具耐磨损部位的堆焊修复，也适用于耐磨性较高的机械备件的修复。

堆焊层硬度（焊后空冷）：HRC ≥ 52                   540℃左右回火硬度HRC 52~54

参考电流:

注意事项：1.焊前焊条须经300-350℃烘焙1小时，然后放在100~150℃保温箱内随用随取。

2.焊前须将工件预热至450℃左右（预热时间按模块厚度25mm/小时计算），并将堆焊部分表面的油污和铁锈清理干净。

3.焊后模具应在550℃左右回火（保温时间按模块厚度25mm/小时计算），缓冷。

摘要：对热锻模具失效型腔的疲劳层及裂纹进行碳弧气刨和打磨清理，将模具预热450℃保温10 h，采用4.0mm的5CrNiMo电焊条，用200A左右直流电对型腔进行堆焊修复，之后进行450℃保温3 h、随炉缓冷到室温。将模具进行回火，550℃保温i0 h、炉冷至200℃，再取出模具、用保温棉全部盖住模具缓冷至室温，按同样回火工艺进行第2次回火，型腔的堆焊层表面硬度52～54 HRC。上述工艺能提高模具型腔热强度、热硬性和热疲劳性，延长模具寿命。

在较大高温冲击力、金属流动的强烈摩擦力及交变载荷作用下，热锻模具型腔容易因塑性变形、网状疲劳裂纹、热磨损而导致失效。通常采取的措施是对模具进行翻新处理，即对失效模具退火后进行模面下沉、型腔粗加工等，再进行热处理淬火+回火，最后精加工成形。退火后模具硬度的降低有利于模面下沉及粗加工，而退火后的组织趋于平衡状态可以减小热处理裂纹发生；但模面下沉的尺寸是有限的，当模具高度降到一定程度就不能使用而只能报废，而有些模具高度要求为定值不能下沉，失效后就直接报废；粗加工后的翻新模具在热处理时很容易出现裂纹而报废。由此可知，即使一切工序顺利，翻新一副模具也需要较多费用和较长时间。采用5CrNiMo-1、5CrNiMo-2焊条对失效型腔进行堆焊修复则要简单许多，去除模具型腔的疲劳层及裂纹而进行堆焊，堆焊修复的型腔硬度高达52一54 HRC，可以直接进行精加工，从而大大提高模具寿命，降低制造费用。

1 试验材料与方法

1．1试验材料

选用材料为5CrNiMo、外形几何尺寸为800mm×500 mmX300mm的型腔失效模具作为试验材料，堆焊修复采用规格为4.0mm 5CrNiMo-1、5CrNiMo-2电焊条。

模具材料5CrNiMo的化学成分(％。质量分数)

C 0.52 Si 0.31 Mn 0.51 Cr 0.78 Mo 0.20 Ni 1.45 P 0.018 S 0.007

1．2试验方法

用碳棒气刨去除8 mm厚的模具型腔疲劳层及裂纹，将型腔尖角打磨圆滑，最重要的是磨

去气刨渗碳层，检查模具型腔硬度为38-40 HRC。将清理好的模具放入电炉中，预热到450℃保温10 h，升温速度不超过93℃·h～，将预热好的模具快速转移到堆焊的指定位置，立即用保温棉包住模具的四周及上部，留出待堆焊的型腔区域，在模具下面用天然气加热保持温度在450℃左右。用5CrNiMo-1电焊条，在350℃保温1 h后采用200 A左右的直流电进行模具型腔堆焊，焊接接头搭接以超过1／3为宜，每焊一层用风镐对焊道进行敲击。当焊层厚度达到5 mm时，采用4.0mm的5CrNiMo-2电焊条在200 A左右电流下以同样的方式进行焊接，直到堆满整个型腔，在温度450℃保温3 h，缓冷到室温。按以下工艺对模具进行两次回火：将模具放人回火炉中，升温速度不超过93℃·h～，升温到550℃保温10 h，炉冷至200℃，再将模具取出用保温棉全部盖住缓冷至室温。

2。检查型腔表面硬度52-54 HRC。

2试验及结果分析

2．1 5CrNiMo焊条特性分析

热锻模具的堆焊材料选择很重要，要求堆焊材料具有很好的热强度、热硬性、热疲劳性、热蠕变性及抗氧化性、抗气体腐蚀性等。5CrNiMo焊条与国内模具材料5CrNiMo相比较，具有较低C含量，较高Cr，Mo含量，少量稀土元素含量的特点，而5CrNiMo-2还具有较高V含量。较低C含量，获得低碳马氏体有较好的综合机械性能；较高Cr含量，Cr固溶于马氏体中可以提高钢的抗回火能力；较高Mo含量既可以提高钢的热强性又可以防止第2类回火脆性；较高V含量能降低钢的过热敏感倾向，还可以产生足够的二次硬化效应；稀土元素能提高钢的综合性能。5CrNiMo-1焊条堆焊后的硬度可达到42～46 HRC，而5CrNiMo-2焊条堆焊后的硬度可到达50---54 HRC。5CrNiMo的主要化学元素C，cr，Ni，Mo相同，所以它们之间的融合性较好，在焊接的熔融状态下通过原子的迁移和扩散能使两者之间形成比较稳定的焊合区。

2．2工艺及结果分析

通过碳棒气刨去除8 mm厚的模具型腔疲劳层及裂纹，碳棒在气刨过程中会将碳渗到基体里引起模具的化学成份变化，随后采用砂轮将渗碳层打磨干净，检查型腔表面的硬度为38---40 HRC。低硬度的模具型腔在使用过程中很容易变形和开裂，热锻模具型腔外层需要具备较高的硬度和强度、较小的摩擦系数才能保证不变形并取得较好的脱模效果，根据实际情况硬度为51～52 HRC较合适，选用5CrNiMo-2焊条可以满足该要求；由于外层和基体硬度差距太大，在冲击力的作用下外层很容易剥落，因此中间需要硬度为42---46 HRC的一层作为过渡层，选用5CrNiMo-1焊条能满足过渡层材料硬度要求。焊条在350℃保温1 h能烘干结晶水以免在堆焊时产生气孔。模具焊前预热450℃保温10 h及焊后450℃保温3 h再缓冷到室温可以减少焊缝区与焊件其它部分的温差，降低焊缝区的冷却速度使焊件能较均匀地冷却下来，从而减少焊接应力；模具堆焊过程中进行加热保温使层间温度不低于预热温度但也不能高于预热温度30℃以上及每焊一层用风镐对焊道进行敲击是为了减小焊接应力，这样，通过减小焊接应力可以有效地防止裂纹产生。堆焊层经受的热循环比一般焊缝复杂得多，因为堆焊是多道焊和多层焊，后续的焊道使先焊的焊道反复多次受热，复杂的热循环使堆焊层的化学成分和金相组织变得很不均匀，所以，选用合理的手工电弧堆焊工艺参数尤为重要，规格4.0mm的5CrNiMo焊材选用直流电200A效果较好，电流太大、电弧太长会增加合金元素的烧损。由于堆焊过程中堆焊层已经形成了马氏体及下贝氏体，所以堆焊后需要进行回火处理。回火工艺为550℃保温10 h、炉冷到200℃，再将模具取出、用保温棉全部盖住缓冷至室温。回火处理不仅能减小堆焊时的热应力及组织应力，更主要的是在堆焊

层进行了系列的组织转变，能形成具有较高硬度和强度的稳定组织。堆焊层里的强碳化合物形成元素(Cr，Mo，V)与碳的结合力比Fe与碳的结合力强，增大了碳原子在马氏体中的扩散的激活能，阻碍了碳原子在马氏体中的扩散，所以减慢了马氏体的分解速度，在550℃马氏体才能分解终了。马氏体分解结束后组织应力就减少了，在550℃热应力也降低了，从而有效避免了裂纹产生。回火过程中，Cr，Mo，V阻碍a相中碳含量降低和碳化物颗粒长大，在550℃仍然可以保持a相具有一定的饱和碳浓度和细小碳化物；同时这些合金元素扩散能力很低，形成的特殊碳化物弥散度极高，又与a相保持共格性联系，产生“二次硬化”，从而使堆焊层具有较高的硬度和较高强度。进行第2次回火使堆焊层应力得到更完全地消除，组织转变更彻底，形成的组织更稳定，更充分有效地发挥5CrNiMo焊条的性能。堆焊修复后的模具型腔硬度表面为51～52 HRC、中间过渡层为42---46 HRC、基体为38"-,-40 HRC，三者之间保持一定的硬度梯度，因此它既具有较好热强度、热硬性、热疲劳性又能承受较大的冲击载荷，从而疲劳寿命得到提高，实际使用过程中，堆焊修复后的模具与新模具相比，寿命能提高1倍以上。

3 结论

热锻模具长期在高温冲击载荷的恶劣环境中工作，模具型腔很容易产生疲劳层及裂纹而失效，将型腔气刨、打磨清理干净后，采用鑫钻5CrNiMo焊条对其进行堆焊修复，能提高模具型腔硬度、延长模具寿命、缩短模具修复周期、降低模具制造和使用成本。