模具鋼TIG焊接接頭電脈沖處理工藝

陳 科

（重慶電子工程職業學院，重慶401331）

模具鋼TIG焊接接頭電脈沖處理工藝

陳 科

（重慶電子工程職業學院，重慶401331）

采用TIG焊接對新型模具鋼（HHD）進行焊接修補，對焊接接頭采用脈沖處理，研究脈沖時間對焊接接頭顯微組織、顯微硬度、拉伸性能的影響。結果表明，隨著脈沖時間的增加，焊接接頭的晶粒細化，焊縫的顯微硬度和焊接接頭的橫向硬度增大，同時其拉伸強度和延伸率也增大。當脈沖時間為480ms時，其焊縫硬度為310HV，焊接接頭橫向硬度310HV，抗拉強度增加到999MPa，延伸率6.4％。

模具鋼；脈沖時間；顯微組織；顯微硬度；拉伸性能

0 前言

近些年來，模具的制造水平直接決定了產品的生產能力、使用性能及使用壽命[1]。為了滿足不同模具鋼的使用條件，人們積極探索不同的模具鋼生產工藝。據資料顯示，我國的模具鋼生產增長速率由2005年的16％增加到2011年的43％，占據國際市場的43％[2]。但是與世界先進模具技術相比，我國模具鋼技術相對落后，仍然需要投入更多的精力。

模具鋼在不斷經歷的熱脹冷縮過程中極易產生裂紋，從而導致模具鋼失效[3]。因此，模具的修復技術引起了人們的重視，優異的模具修復技術不但可以有效降低生產成本，還能避免因模具失效帶來的生產線停滯。近年來興起的瞬間高能處理技術不同于常見的模具鋼修復技術，如熱處理、焊接、表面處理等，具有處理時間短、效率高、環境友好、設備易操作等優點，可以極大提高模具的修復效率[4-8]。在此主要研究瞬間高能處理中脈沖時間對模具鋼焊接接頭組織和性能的影響。

1 試驗材料和方法

試驗材料為新型模具鋼（HHD），其化學成分如表1所示。采用TIG對接焊工藝修復失效HHD鋼，對對接焊后的HHD鋼進行1 100℃/30min淬火以及600℃/3 h+550℃/3 h二次回火等熱處理，然后對熱處理后的HHD鋼進行脈沖處理，脈沖處理選取三個不同脈沖時間400ms、440ms、480ms作為對比，討論脈沖時間對模具鋼焊接接頭組織和性能影響。表2為焊絲原料組成及配比，焊絲經砂紙打磨并采用丙酮清洗后待用。

用DKM200型線切割制備厚度為2.5 mm的焊接接頭試樣，試樣鑲嵌后經砂紙打磨并機械拋光，用5％硝酸酒精溶液與苦味酸溶液進行腐蝕。用MM-2金相顯微鏡和JSM-6010掃描式電子顯微鏡觀察母材和焊縫組織形態結構。用HV-1000型數顯顯微維氏硬度計測試HHD鋼焊接接頭的顯微硬度，加載負荷5 N，加載時間20 s。用MTS-810力學拉伸試驗機測試試樣焊接接口力學性能，拉伸試樣按照GB/T228-2002標準制備，如圖1所示，拉伸速率0.5mm/min。

表1 HHD鋼的化學成分Tab.1 Chem ical com positions of HHD％

表2 焊絲化學成分Tab.2 Chem ical com positions ofwelding w ire％

圖1 拉伸試樣Fig.1 Sam ple for tensile

2 試驗結果和討論

2.1 脈沖時間對HHD鋼焊接接頭顯微組織的影響

不同脈沖時間處理后的HHD鋼母體材料的顯微組織如圖2所示。由圖2可知，隨著脈沖時間的延長，母體中組織逐步細化，當脈沖時間為400ms時，材料中生成的針狀滲碳體均勻分布在鐵素體基體內部，隨著脈沖時間延長到440ms，由于脈沖導致的溫度大幅增加，組織運動加劇，基體更加細化，針狀滲碳體轉變為顆粒狀。當脈沖時間進一步增大到480ms時，顆粒度更小的滲碳體均勻地分布在基體中。

不同脈沖時間處理后的焊縫顯微組織如圖3所示。由圖3可知，脈沖時間為400ms時，基體中存在貝氏體和回火馬氏體，第二層、第三層和第四層的馬氏體數量明顯多于第一層。脈沖時間為440ms時，基體中基本上只存在貝氏體，從第一層到第四層，貝氏體的形態依次為針狀、球狀、針狀和顆粒狀。脈沖時間為480ms時，焊縫中晶界處出現更多的貝氏體。

圖2 不同脈沖時間下的HHD鋼母體材料的顯微組織Fig.2 Effect of different pulse time on m icrostructure of basemetal

圖3 不同脈沖時間下的HHD鋼焊縫的顯微組織Fig.3 Effect of different pulse time on m icrostructure of welding seam

2.2 脈沖時間對HHD鋼焊接接頭顯微硬度的影響

不同脈沖時間下的HHD鋼焊縫的顯微硬度如圖4所示。隨著脈沖時間由400ms增大到440ms，焊縫硬度由275HV增大到290 HV，當脈沖時間為480ms時，焊縫的硬度達到了最大值310HV。這是因為脈沖時間的增加導致了焊縫溫度升高，在高溫下碳原子擴散正常，而其他元素擴散受到了抑制，出現大量貝氏體，從而增加了焊縫硬度。

圖4 不同脈沖時間下的HHD鋼焊縫的顯微硬度曲線Fig.4 Effect of different pulse time on longitudinalm icrohardness of welding seam

不同脈沖時間下的HHD鋼焊縫的橫向顯微硬度曲線如圖5所示。由圖5可知，隨著脈沖時間的延長，焊接接頭橫向硬度逐漸從295HV增大到300HV和310 HV。由此可知，脈沖時間的延長，不僅能夠有效改善接口處橫向顯微硬度，還可以使其組織結構更均勻。

圖5 不同脈沖時間下的HHD鋼焊縫的橫向顯微硬度曲線Fig.5 Effect of different pulse time on horizontalm icrohardness of welding seam

2.3 脈沖時間對HHD鋼焊接接頭拉伸性能的影響

不同脈沖時間下的HHD鋼焊接接頭的拉伸性能如圖6所示。可以看出，延長脈沖電流時間，大大提高了接頭的延伸率和抗拉強度。焊接接頭脈沖處理時間為400ms時，其拉伸強度為888MPa，明顯高于未脈沖處理時的805MPa，延伸率也由4.3％上升到5.8％。脈沖時間增大到440ms時，焊接接頭的拉伸強度增大到927MPa，延伸率6.2％。脈沖時間為480ms時，抗拉強度增加到999MPa，延伸率為6.4％。綜上可知，隨著脈沖時間的增加，接頭處組織晶粒細化，結合作用增強，增大了焊接接頭處的結合力。

3 結論

（1）隨著脈沖時間的增加，基體中滲碳體顆粒逐漸減小，分布更加均勻。當脈沖時間較短為400ms時，基體內存在貝氏體和回火馬氏體；當脈沖時間增大到480ms時，基體內幾乎只存在貝氏體。

（2）隨著脈沖時間的增加，碳原子的擴散加劇，大量貝氏體的出現提高了焊縫硬度。同時，脈沖時間的延長，不僅可以有效提高接口處橫向顯微硬度，還能使接口處組織結構分布更均勻。

（3）隨著脈沖時間的增加，接頭處組織晶粒細化，結合作用增強，增大了焊接接頭處的結合力，從而有效提升了焊接接口處的拉伸強度和延伸率。

圖6 不同脈沖時間下的HHD鋼焊接接頭的拉伸性能Fig.6 Effect of different pulse time on tensile curve of HHD welded joint

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Study on electric pulse treatment process for welded joint in TIG welding of die steel

CHEN Ke
（Chongqing College of Electronic Engineering，Chongqing 401331，China）

In this paper,a new type of die steel(HHD)is repaired by TIG welding，and the pulse treatment is used for welded joints to study the effect of pulse time on themicrostructure，microhardness and tensile strength of welded joints.The results show that as the pulse time increases，the grain size ofwelded joints decreases;themicrohardness ofweld and the lateral hardness，tensile strength and elongation of welded joints increase.When the pulse time is 480 ms，the weld hardness reaches 310 HV，lateral hardness of welded joints reaches 310 HV，tensile strength increases to 999 MPa and the elongation is 6.4％.

die steel；pulse time；microstructure；microhardness；tensile strength

TG444+.72

A

1001-2303（2015）07-0019-04

10.7512/j.issn.1001-2303.2015.07.05

2014-11-05

重慶市教育委員會科學技術研究項目(KJ112202)

陳科（1978—），男，重慶人，學士，主要從事機械設計、制造及金屬材料等方向的研究工作。