模具钢TIG焊接接头电脉冲处理工艺

陈 科

（重庆电子工程职业学院，重庆401331）

模具钢TIG焊接接头电脉冲处理工艺

陈 科

（重庆电子工程职业学院，重庆401331）

采用TIG焊接对新型模具钢（HHD）进行焊接修补，对焊接接头采用脉冲处理，研究脉冲时间对焊接接头显微组织、显微硬度、拉伸性能的影响。结果表明，随着脉冲时间的增加，焊接接头的晶粒细化，焊缝的显微硬度和焊接接头的横向硬度增大，同时其拉伸强度和延伸率也增大。当脉冲时间为480ms时，其焊缝硬度为310HV，焊接接头横向硬度310HV，抗拉强度增加到999MPa，延伸率6.4％。

模具钢；脉冲时间；显微组织；显微硬度；拉伸性能

0 前言

近些年来，模具的制造水平直接决定了产品的生产能力、使用性能及使用寿命[1]。为了满足不同模具钢的使用条件，人们积极探索不同的模具钢生产工艺。据资料显示，我国的模具钢生产增长速率由2005年的16％增加到2011年的43％，占据国际市场的43％[2]。但是与世界先进模具技术相比，我国模具钢技术相对落后，仍然需要投入更多的精力。

模具钢在不断经历的热胀冷缩过程中极易产生裂纹，从而导致模具钢失效[3]。因此，模具的修复技术引起了人们的重视，优异的模具修复技术不但可以有效降低生产成本，还能避免因模具失效带来的生产线停滞。近年来兴起的瞬间高能处理技术不同于常见的模具钢修复技术，如热处理、焊接、表面处理等，具有处理时间短、效率高、环境友好、设备易操作等优点，可以极大提高模具的修复效率[4-8]。在此主要研究瞬间高能处理中脉冲时间对模具钢焊接接头组织和性能的影响。

1 试验材料和方法

试验材料为新型模具钢（HHD），其化学成分如表1所示。采用TIG对接焊工艺修复失效HHD钢，对对接焊后的HHD钢进行1 100℃/30min淬火以及600℃/3 h+550℃/3 h二次回火等热处理，然后对热处理后的HHD钢进行脉冲处理，脉冲处理选取三个不同脉冲时间400ms、440ms、480ms作为对比，讨论脉冲时间对模具钢焊接接头组织和性能影响。表2为焊丝原料组成及配比，焊丝经砂纸打磨并采用丙酮清洗后待用。

用DKM200型线切割制备厚度为2.5 mm的焊接接头试样，试样镶嵌后经砂纸打磨并机械抛光，用5％硝酸酒精溶液与苦味酸溶液进行腐蚀。用MM-2金相显微镜和JSM-6010扫描式电子显微镜观察母材和焊缝组织形态结构。用HV-1000型数显显微维氏硬度计测试HHD钢焊接接头的显微硬度，加载负荷5 N，加载时间20 s。用MTS-810力学拉伸试验机测试试样焊接接口力学性能，拉伸试样按照GB/T228-2002标准制备，如图1所示，拉伸速率0.5mm/min。

表1 HHD钢的化学成分Tab.1 Chem ical com positions of HHD％

表2 焊丝化学成分Tab.2 Chem ical com positions ofwelding w ire％

图1 拉伸试样Fig.1 Sam ple for tensile

2 试验结果和讨论

2.1 脉冲时间对HHD钢焊接接头显微组织的影响

不同脉冲时间处理后的HHD钢母体材料的显微组织如图2所示。由图2可知，随着脉冲时间的延长，母体中组织逐步细化，当脉冲时间为400ms时，材料中生成的针状渗碳体均匀分布在铁素体基体内部，随着脉冲时间延长到440ms，由于脉冲导致的温度大幅增加，组织运动加剧，基体更加细化，针状渗碳体转变为颗粒状。当脉冲时间进一步增大到480ms时，颗粒度更小的渗碳体均匀地分布在基体中。

不同脉冲时间处理后的焊缝显微组织如图3所示。由图3可知，脉冲时间为400ms时，基体中存在贝氏体和回火马氏体，第二层、第三层和第四层的马氏体数量明显多于第一层。脉冲时间为440ms时，基体中基本上只存在贝氏体，从第一层到第四层，贝氏体的形态依次为针状、球状、针状和颗粒状。脉冲时间为480ms时，焊缝中晶界处出现更多的贝氏体。

图2 不同脉冲时间下的HHD钢母体材料的显微组织Fig.2 Effect of different pulse time on m icrostructure of basemetal

图3 不同脉冲时间下的HHD钢焊缝的显微组织Fig.3 Effect of different pulse time on m icrostructure of welding seam

2.2 脉冲时间对HHD钢焊接接头显微硬度的影响

不同脉冲时间下的HHD钢焊缝的显微硬度如图4所示。随着脉冲时间由400ms增大到440ms，焊缝硬度由275HV增大到290 HV，当脉冲时间为480ms时，焊缝的硬度达到了最大值310HV。这是因为脉冲时间的增加导致了焊缝温度升高，在高温下碳原子扩散正常，而其他元素扩散受到了抑制，出现大量贝氏体，从而增加了焊缝硬度。

图4 不同脉冲时间下的HHD钢焊缝的显微硬度曲线Fig.4 Effect of different pulse time on longitudinalm icrohardness of welding seam

不同脉冲时间下的HHD钢焊缝的横向显微硬度曲线如图5所示。由图5可知，随着脉冲时间的延长，焊接接头横向硬度逐渐从295HV增大到300HV和310 HV。由此可知，脉冲时间的延长，不仅能够有效改善接口处横向显微硬度，还可以使其组织结构更均匀。

图5 不同脉冲时间下的HHD钢焊缝的横向显微硬度曲线Fig.5 Effect of different pulse time on horizontalm icrohardness of welding seam

2.3 脉冲时间对HHD钢焊接接头拉伸性能的影响

不同脉冲时间下的HHD钢焊接接头的拉伸性能如图6所示。可以看出，延长脉冲电流时间，大大提高了接头的延伸率和抗拉强度。焊接接头脉冲处理时间为400ms时，其拉伸强度为888MPa，明显高于未脉冲处理时的805MPa，延伸率也由4.3％上升到5.8％。脉冲时间增大到440ms时，焊接接头的拉伸强度增大到927MPa，延伸率6.2％。脉冲时间为480ms时，抗拉强度增加到999MPa，延伸率为6.4％。综上可知，随着脉冲时间的增加，接头处组织晶粒细化，结合作用增强，增大了焊接接头处的结合力。

3 结论

（1）随着脉冲时间的增加，基体中渗碳体颗粒逐渐减小，分布更加均匀。当脉冲时间较短为400ms时，基体内存在贝氏体和回火马氏体；当脉冲时间增大到480ms时，基体内几乎只存在贝氏体。

（2）随着脉冲时间的增加，碳原子的扩散加剧，大量贝氏体的出现提高了焊缝硬度。同时，脉冲时间的延长，不仅可以有效提高接口处横向显微硬度，还能使接口处组织结构分布更均匀。

（3）随着脉冲时间的增加，接头处组织晶粒细化，结合作用增强，增大了焊接接头处的结合力，从而有效提升了焊接接口处的拉伸强度和延伸率。

图6 不同脉冲时间下的HHD钢焊接接头的拉伸性能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

重庆市教育委员会科学技术研究项目(KJ112202)

陈科（1978—），男，重庆人，学士，主要从事机械设计、制造及金属材料等方向的研究工作。