專利名稱：機械刀片的超塑性無氧化焊接鑲鋼的方法

　　技術領域：

　　本發明涉及機械刀片的制備技術領域，尤其是一種機械刀片的超塑性無氧化焊接鑲鋼的方法。

　　背景技術：

　　機械刀片是造紙、印刷、木材及膠合板等行業的原材料及產品加工的切削刀具，主要以合金刃鋼鑲接在低碳鋼刀體上的鑲鋼刀片為主，因此，鑲鋼技術及其牢固度是刀片質量的關鍵之一。現行的鑲鋼工藝主要有無氧化熱軋鑲鋼和熱軋焊藥鑲鋼，前者的焊接牢固高，已成為發展方向。但是，高合金鋼刃鋼熱軋鑲鋼必須在高于鋼的鍛軋溫度上進行，加熱溫度達到1200°C 1240°C，始軋溫度1140°C 1180°C溫度，溫度往往超過刃鋼工藝規范， 加熱溫度過高常會發生鋼面燒傷；而且，單道壓軋比大(0. 1 0. 2)，動力消耗也大，不但會因刃鋼與低碳鋼高溫塑性差別大，妨礙了各道壓軋焊接的連續性，還會從帶狀缺陷產生內裂紋，是造成高合金鋼刃鋼鑲鋼機械刀片廢品率過高的根源，已經成為高合金鋼機械刀片生產的瓶頸。因此，研究降低壓軋溫度、減小單道軋下量、又能提高焊接牢固度的新工藝技術，是高合金鋼鑲鋼機械刀片生產急需解決的技術難題。近些年來研究證明，金屬材料在一定溫度下具有超細晶粒組織，在該溫度下以低變形速率條件下會出現超塑性，塑性流變應力很低，常常是非超塑性流變應力的10%左右，但可以獲得超常的塑性變形。現在，國內外又研究利用超塑性變形機制，在變形前期以較低的壓力使接觸面的緊密結合，實現短時間施壓的固相焊接，可獲得焊接強度達到基材強度水平。但是，加熱施壓要在真空條件下進行，對于長度為:3m 5m的大型機械刀片是難于實現真空加熱及施壓的。然而，采用專利 ZL200510028805. 8技術中的氬弧焊沿著刃鋼與低碳鋼刀體的結合面邊界焊接封閉使之無繼續氧化的方法，可完全在非真空條件下實現超塑性無氧化焊接。

　　發明內容

　　為了克服現有的刃鋼與低碳鋼高溫塑性差別大，妨礙了各道壓軋焊接的連續性的不足，本發明提供了一種機械刀片的超塑性無氧化焊接鑲鋼的方法。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是一種機械刀片的超塑性無氧化焊接鑲鋼的方法，包括如下步驟

　　首先，用氬弧焊沿著高合金鋼刃鋼與低碳鋼刀體的結合面邊界焊接封閉使之無繼續氧

　　化；

　　其次，在高合金鋼刃鋼的相變溫度附近循環加熱使高合金鋼刃鋼和低碳鋼刀體達到超細等軸晶組織，其工藝技術條件為

　　(1)在箱式空氣介質爐升溫至840°c保溫后再降溫至70(TC保溫20分鐘，循環2 4

　　次；

　　(2)高合金鋼刃鋼晶粒度1μ m 5 μ m，低碳鋼刀體晶粒度< 10 μ m,達到超塑性變形的顯微組織條件；然后，用非真空保溫輥壓力機設備，以波動應變方式及微小應變速率實現超塑性無氧化固相焊接，其工藝條件為

　　(1)往返進給施壓Imin 5min；

　　(2)應變速率<10_7seC，壓下量以儀表控制；

　　(3)保溫滑道溫度450°C 550°C，刀片坯料溫度720V 860°C；高合金鋼刃鋼保持超細晶，低碳鋼刀體中鐵素體和珠光體被分割細化，焊縫緊密結合；

　　最后，刀片坯料進入高溫爐加熱后，進行高溫成型壓軋及焊接擴散，其工藝條件為

　　(1)加熱溫度<1150°C，始軋溫度1050°C 1080°C ；

　　(2)三道次壓軋，單道次壓下量<0. 08，總壓下量< 0. 20 ；

　　(3)終軋溫度>880°C，軋后噴水冷卻，刀坯表面冷至750°C后堆冷。本發明的有益效果是，與現有的超塑性固相焊接技術以及高合金工具鋼機械刀片鑲鋼技術比較，本發明的優點在于

　　(1)用氬弧焊沿著高合金鋼刃鋼與Q235低碳鋼刀體的結合面邊界焊接封閉使之無繼續氧化，代替真空條件下加熱施壓，為大型機械刀片工件超塑性焊接工程化創造了有利的條件；

　　(2)利用金屬超塑性原理，在780°C 840°C中溫實施焊接鑲鋼，既實施了超塑性無氧化焊接，也為高溫壓軋成型提供了預熱條件和焊接擴散基礎，經過高溫二次焊接擴散過程， 保證了焊接牢固度；

　　(3)高溫壓軋加熱最高溫度低于原工藝80°C 100°C，處于高合金鋼鍛軋規范之內，避免了高合金鋼的過熱過燒現象，提高了刃鋼熱加工過程的內在質量，為提高鑲鋼工序的半成品率和產品質量提供了保證。(4)減小了高溫壓軋比和單道壓下量，避免了因高合金鋼與低碳鋼塑性差別過大而造成的各道次焊接的不連續性，降低了動力消耗，克服了高合金鋼壓軋過程的內裂現象， 也提高了鑲鋼工序的半成品率。超塑性焊接是目前雙金屬固相焊接領域的高新技術，該技術在機械刀片上的應用，必將為我國高合金鋼鑲鋼機械刀片在工藝技術和產品質量上占據領先地位發揮有效的作用。

　　下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。圖1是高合金鋼刃鋼與Q235低碳鋼刀體氬弧焊連接示意圖； 圖2是圖1的A-A視圖3是超塑性焊接施壓示意圖； 圖4是超塑性焊接組織金相圖X 2000 ； 圖5是高溫壓軋后鑲鋼組織金相圖X2000。圖中1、高合金鋼刃鋼，2、焊縫，3、低碳鋼刀體，4、保溫滑道，4、壓力輥，5、刀片坯料。

　　具體實施方式

　　一種機械刀片超塑性無氧化焊接鑲鋼技術，首先，用氬弧焊沿著高合金鋼刃鋼與 Q235低碳鋼刀體的結合面邊界焊接封閉使之無繼續氧化，如圖1所示。其次，在高合金鋼刃鋼的α — Y相變溫度附近循環加熱使刃鋼和刀體達到超細等軸晶組織，其工藝技術條件為

　　(1)在箱式空氣介質爐升溫至840°C保溫后再降溫至70(TC保溫20分鐘，循環2 4

　　次；

　　(2)高合金刃鋼晶粒度1μ m 5 μ m，Q235鋼刀體晶粒度< 10 μ m,達到超塑性變形的顯微組織條件；

　　然后，用非真空保溫輥壓力機設備，以波動應變方式及微小應變速率實現超塑性無氧化固相焊接，其工藝條件為

　　(1)往返進給通過壓力輥4施壓Imin 5min；

　　(2)應變速率<ΙΟ-3/sec，壓下量以儀表控制；

　　(3)保溫滑道3溫度450°C 550°C，刀片坯料5溫度780V 840°C，實現超塑性無氧化焊接，如圖3所示。超塑性焊接組織金相如圖4所示，刃鋼保持超細晶，刀體中鐵素體和珠光體被分割細化，焊縫緊密結合。最后，刀坯進入高溫爐加熱后，進行高溫成型壓軋及焊接擴散，其工藝條件為

　　(1)加熱溫度<1150°c，始軋溫度1050°C 1080°C ；

　　(2)三道次壓軋，單道次壓下量<0. 08，總壓下量< 0. 20 ；

　　(3)終軋溫度>880°C，軋后噴水冷卻，刀坯表面冷至750°C后堆冷；其組織金相組織如圖5所示，刃鋼碳化物均勻，刀體鐵素體晶粒增大，珠光體壓軋呈鏈狀，焊縫擴散結合。其中(1)高合金鋼鑲鋼機械刀片的刃鋼材料有多種，超細晶熱處理循環加熱溫度大部分在700°C 840°C之間，有的鋼相變點高，則選擇在720°C 860°C之間；

　　(2)高合金鋼與低碳鋼的相變點不同，在同一溫度下循環熱處理，各自的晶粒細化程度不同。晶粒越細化，實現超塑性焊接的施壓時間可以縮短，因此，施壓時間在Imin 5min 范圍內選擇。以下是高合金鋼機械刀片超塑性無氧化焊接鑲鋼試驗過程實施例 實施例1和2的高合金鋼刃鋼和低碳鋼刀體材料如下表1所示

　　表1實施例1和實施例2的刃鋼和刀體材料成分

　　權利要求

　　1. 一種機械刀片的超塑性無氧化焊接鑲鋼的方法，其特征是，它包括如下步驟 首先，用氬弧焊沿著高合金鋼刃鋼與低碳鋼刀體的結合面邊界焊接封閉使之無繼續氧化；其次，在高合金鋼刃鋼的相變溫度附近循環加熱使高合金鋼刃鋼和低碳鋼刀體達到超細等軸晶組織，其工藝技術條件為(1)在箱式空氣介質爐升溫至840°c保溫后再降溫至70(TC保溫20分鐘，循環2 4次；(2)高合金鋼刃鋼晶粒度1μ m 5 μ m，低碳鋼刀體晶粒度< 10 μ m,達到超塑性變形的顯微組織條件；然后，用非真空保溫輥壓力機設備，以波動應變方式及微小應變速率實現超塑性無氧化固相焊接，其工藝條件為(1)往返進給施壓Imin 5min；(2)應變速率880°C，軋后噴水冷卻，刀坯表面冷至750°C后堆冷。

　　全文摘要

　　本發明涉及機械刀片的制備技術領域，尤其是一種機械刀片的超塑性無氧化焊接鑲鋼的方法。它包括如下步驟首先，用氬弧焊沿著高合金鋼刃鋼與低碳鋼刀體的結合面邊界焊接封閉使之無繼續氧化；其次，在高合金鋼刃鋼的相變溫度附近循環加熱使刃鋼和刀體達到超細等軸晶組織；然后，用非真空保溫輥壓力機設備，以波動應變方式及微小應變速率實現超塑性無氧化固相焊接；最后，刀坯進入高溫爐加熱后，進行高溫成型壓軋及焊接擴散，軋后堆冷。本發明可獲得高合金鋼鑲接機械刀片的刃鋼質量好、鑲鋼牢固度高的刀坯。本發明勿須真空設備，提高了高合金鋼機械刀片鑲鋼工序的合格率及刃鋼質量。

　　文檔編號B23K20/227GK102357742SQ20111032227

　　公開日2012年2月22日 申請日期2011年10月21日 優先權日2011年10月21日

　　發明者劉國方, 章曉靜, 馬永慶 申請人:常州機械刀片有限公司