CN105081612A

CN105081612A - 一种用于热作模具的等离子弧堆焊合金粉末

Info

Publication number: CN105081612A
Application number: CN201510608478.7A
Authority: CN
Inventors: 孙俊生; 王洪权; 王光乐; 赵乐平
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2015-09-22
Filing date: 2015-09-22
Publication date: 2015-11-25
Anticipated expiration: 2035-09-22
Also published as: CN105081612B

Abstract

本发明提供了一种用于热作模具的等离子弧堆焊合金粉末，所述堆焊合金粉末为铁基合金粉末，其原料组分包括占原料总质量1％-2％的纳米氮化铬粉和2％-5％的氧化钇粉末。通过向铁基合金粉末中加入纳米氮化铬粉末，在堆焊金属中形成细小的氮化物间隙相，使堆焊金属具有良好的韧性和抗裂性能；同时，在合金粉末中加入氧化钇，净化堆焊金属、球化夹杂物、促使形成氮化物强化相，提高堆焊金属的抗疲劳性能。应用本发明的合金粉末配合等离子弧堆焊技术对热作模具进行修复，得到的堆焊金属具有优异的高温抗氧化性能、耐磨性、洁净度以及良好抗疲劳性能。

Description

一种用于热作模具的等离子弧堆焊合金粉末

技术领域

本发明属于焊接材料领域，尤其涉及一种用于热作模具的等离子弧堆焊合金粉末。

背景技术

近年来，随着我国制造业的迅猛发展，模具特别是热作模具，如热轧工作辊、热锻模、热挤压模、热冲裁模等的用量越来越大，现已成为工业生产中大量应用的消耗件之一。模具在使用过程中由于磨损及热疲劳等原因会产生剥落、擦伤、磨损等而失效。对报废模具进行修复再制造对于降低能源、材料消耗，环保，降低企业生产成本，提高竞争力具有重要意义，目前堆焊是模具修复再制造的主要方法。

等离子弧堆焊具有熔深可控性强、熔敷速度大、生产率较高，堆焊后基体材料与堆焊材料之间的界面呈冶金结合状态，其结合强度高，热输入量低，稀释率小等优点。另外，等离子弧堆焊具有易于实现机械化及自动化等优点，符合绿色制造的发展趋势，在模具修复等制造业中的应用日益广泛。

等离子弧堆焊是利用等离子弧将作为堆焊材料的合金粉末熔化后沉积到工件表面，实现工件表面的强化与硬化。采用合金粉末作为堆焊材料可提高合金设计的自由度，使堆焊难熔材料成为可能，从而大幅度提高工件的耐磨、耐高温、耐腐蚀性。

目前国内外所采用的等离子弧堆焊粉末主要有自熔性合金粉末和复合粉末两大类。自熔性合金粉末主要由镍基、钴基、铁基、铜基等几类构成。虽具有良好的综合性能，但由于镍和钴属稀缺金属，成本高，一般也只用于有特殊表面性能要求的堆焊中。而铁基合金粉末具有原材料来源广，价格低的特点，同时具有良好的性能，因而得到越来越广泛的应用。

复合粉末近年来日益成为研究和应用的热点，它是由两种或两种以上具有不同性能的固相所组成，不同的相之间有明显的相界面，是一种新型工程材料。组成复合粉末的成分，可以是金属与金属、金属(合金)与陶瓷、陶瓷与陶瓷、金属(合金)与塑料、金属(合金)与石墨等，范围十分广泛，几乎包括所有固态工程材料。

等离子弧堆焊用于热作模具修复再制造，其堆焊金属必须满足热作模具高温抗氧化性能优异、耐磨性好、洁净度高、具有良好抗疲劳性能等技术要求，目前专用于热作模具堆焊的合金粉较少，研发热作模具等离子弧堆焊用合金粉末对于提高热作模具寿命具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明通过合金粉末配方的优化设计提供一种马氏体基体的模具等离子弧堆焊合金粉末，通过向铁基合金粉末中加入纳米氮化铬粉末和氧化钇粉末，使堆焊金属能够同时满足热作模具高温抗氧化性、高耐磨性、高洁净度、高抗疲劳性能等技术要求。

现有的铁基合金粉末的堆焊金属虽然在硬度、致密性、结合强度等方面与镍基合金粉末大体相当，但堆焊金属的韧性低于镍基合金粉末，难以满足高韧性的要求。等离子弧堆焊熔池存在时间短，采用微米级粉末其冶金反应不充分，难以形成足够多的氮化物、碳化物硬质相。因此，本发明中通过加入纳米氮化铬粉末来改善其韧性和抗裂性能，使其能够达到热作模具高韧性和抗裂性能的标准要求。同时，纳米级粉末活性大，冶金反应剧烈，弥补等离子弧堆焊熔池存在时间短、冶金反应不充分的弊端，使其适于等离子弧堆焊。

其中，所述的“热作模具”主要是指锤锻模具、热顶锻模具、热挤压模具、热冲裁模具、精锻模具或压铸模具等。

具体技术方案如下：

一种用于热作模具的等离子弧堆焊合金粉末，其特征在于，所述堆焊合金粉末为铁基合金粉末，其原料组分包括占原料总质量1％-2％的纳米氮化铬粉和2％-5％的氧化钇粉末。

优选的，所述堆焊合金粉末包含以下合金元素：C、N、Si、Mn、Cr、Mo、V、Ti、Ni、W、Fe、Y。

在本发明的多个优选实施例中，所述堆焊合金粉末的原料还包括以下组分，以占原料总质量的百分比计如下：电解锰0.5-1.5％，45#硅铁1-2％，钛铁6-10％，金属铬6-10％，高碳铬铁8-12％，钒铁2-4％，钼铁8-14％，钨粉2-6％，镍粉2-4％，余为雾化铁粉。

就本发明的堆焊合金粉末而言，优选电解金属锰的成分以质量比计Mn含量不小于99.5％；45#硅铁的成分以质量比计是40.0％～47.0％Si，0.1％C，余为Fe和不影响性能的杂质；钛铁的成分以质量比计是23％～35％Ti，8.5％Al，5％Si，2.5％Mn，余为Fe和不影响性能的杂质；金属铬的成分以质量比计Cr含量不小于98％；高碳铬铁的成分以质量比计Cr不小于60％，C为6％～10％，Si不大于3％，S不超过0.04％，P不超过0.04％，余为Fe和不影响性能的杂质；石墨的成分以质量比计是94％～99％C；钒铁的成分以质量比计是50％V，0.2％C，2％Si，0.8％Al，余为Fe和不影响性能的杂质；钼铁的成分以质量比计是50％Mo，3％Si，余为Fe和不影响性能的杂质；钨粉的成分以质量比计W含量不小于98％；金属镍粉的成分以质量比计Ni含量不小于98％；氧化钇粉末的成分以质量百分比计Y₂O₃含量不小于99％；钾长石的成分以质量百分比计是62-72％SiO₂，17-24％Al₂O₃，K₂O+Na₂O不小于12％，K₂O不小于8％，S不超过0.04％，P不超过0.04％。氟硅酸钠的成分以质量百分比计Na₂SiF₄含量不小于95％；雾化铁粉的成分以质量比计Fe含量不小于99％。上述粉末的粒度为48微米～180微米(即粒度为-80目～+300目)。纳米氮化铬粉的成分以质量比计CrN含量不小于99％，粒度99％以上的小于100纳米。上述药粉的成分中允许含有加工过程中难以去除的不影响其性能的杂质。

含有纳米氮化铬粉的堆焊金属具有优异的高温硬度、耐磨性能，以及良好的韧性和抗裂性能，因此，纳米氮化铬粉优选作为用于形成热作模具的堆焊合金粉末的基础原料使用。

其中，当纳米氮化铬粉的含量低于1％(质量)时，高温硬度、耐磨性能，韧性和抗裂性能不良。另一方面，如果纳米氮化铬粉的含量高于2％(质量)，堆焊金属易产生气孔缺陷，成本亦升高。本发明已确认了下述结果：如果纳米氮化铬粉的含量不低于1％(质量)且不超过2％(质量)时，可获得期待的高温硬度、耐磨性能，韧性和抗裂性能。

氧化钇稀土作为除金属和铁合金、纳米氮化铬以及不可避免的杂质以外的余分而包含的金属氧化物，其发挥净化堆焊金属、球化夹杂物、促使形成氮化物间隙相，提高堆焊金属的抗疲劳性能的作用。就其含量而言，尽管不能一概而论，但当氧化钇的含量低于2％(质量)时，可能会导致氧化钇净化和抗疲劳性能效果减弱。

另一方面，氧化钇的含量高于5％(质量)时，可能会导致高温硬度和耐磨性能下降，因此，本申请中将氧化钇的加入量限定在5％(质量)以下，因此不会产生上述问题。

本发明中，纳米氮化铬粉末的加入，可以在堆焊金属中形成细小的氮化物间隙相，同时利用纳米氮化铬粉末细化晶粒(纳米氮化铬粉末的粒度小于100纳米)，提高堆焊金属的高温硬度、耐磨性能，并使其具有良好的韧性、抗裂性能和抗疲劳性能，纳米级氮化铬粉末活性大，冶金反应剧烈，可以弥补等离子弧堆焊熔池存在时间短、冶金反应不充分的弊端，适于等离子弧堆焊工艺；另一方面，为了满足堆焊金属高洁净度、抗疲劳性能的要求，通过在合金粉末中加入氧化钇稀土，净化堆焊金属、球化夹杂物、促使形成氮化物强化相，提高堆焊金属的抗疲劳性能。通过合理的合金系设计，使堆焊金属获得马氏体基体组织加少量残余奥氏体组织，并以氮化物、碳化物作为强化相；通过冶金处理和原材料优选，降低堆焊金属S、P等杂质含量，并改善工艺性能。

就本发明的铁基合金粉末而言，其至少包含以下合金元素：C、N、Si、Mn、Cr、Mo、V、Ti、Ni、W。当铁基合金粉末中含有上述合金元素时，制备的堆焊金属具有一定的高温硬度和耐腐蚀性，能够保证氮化铬和氧化钇增强效果的最大化。

堆焊合金材料也可以使用配合有除上述以外的其它金属粉或合金粉的原料粉末而成。此时，要以不破坏本发明的特征为前提。

本发明中堆焊合金粉末(药粉)为氮化铬、钒铁、硅铁、钛铁等粉末混合制成，为了降低焊接材料成本，降低焊接飞溅、提高电弧稳定性、改善焊缝成型，优选的加入一定量的稳弧剂，

其中，钾长石与氟硅酸钠作为稳弧剂，起到稳定电弧，降低飞溅的作用，使堆焊层表面质量得到进一步提升的作用。即可以单独使用也可以混合使用，当混合使用时，要使钾长石与氟硅酸钠的含量在所述范围内。当钾长石与氟硅酸钠的总含量低于0.1％(质量)时，其稳定电弧、降低飞溅、改善堆焊金属表面成型的作用不明显。另一方面，如果钾长石与氟硅酸钠的总含量高于4％(质量)时，稳弧、降低飞溅的效果也不再进一步改善。已确认了下述结果：使钾长石和氟硅酸钠含量分别在0.1％(质量)以上且1％(质量)以下的范围时，可获得良好的初期磨合性、耐擦伤性及耐磨耗性。优选使用平均粒径为48微米～180微米的粉末。

在本发明的多个优选实施方案中，考虑到等离子弧堆焊过程中会有少量粉末飘散，在长时间施焊中飞溅的粉末易产生粘喷嘴现象，影响工艺稳定性的问题。对堆焊合金粉的粒径进行调整，最大化的减少了本发明所述的堆焊合金粉对焊枪喷嘴的粘粘现象。粉末的优选粒度为48微米～180微米(即粒度为-80目～+300目)。

优选的，当本发明的合金粉末用于处理热作模具钢时(碳质量分数一般小于0.5％，常加入的合金元素有：Cr、Mn、W、Mo、V、Si、Ni、Nb、Al等)，一般来说，由于熔覆层中添加了Cr，Ni，Mo等元素，因此熔覆层与基材之间会形成原电池，从而发生电化学腐蚀，但是由于热作模具本身和熔覆粉末中都添加了Cr，Ni，Mo等元素而使得电化学反应难以快速持续进行。首先，Cr在合金中会溶于Ni中从而形成Ni-Cr固溶体，并起到显著的钝化作用；其次，在腐蚀过程中，Cr部分取代锈层α-FeOOH中的Fe，形成了羟基氧化物α-(Fe1-xCrx)OOH。由于这种锈层微观组织较为致密且相对稳定，能将基体材料与腐蚀介质很好的隔离，同时其极高的阻抗又能很好的降低了电化学反应的速度。而Mo能在钢材中细化晶粒，固溶强化，形成固化层，这种固化层与基体结合牢固，形成钝化作用，因而具有很好的保护性能。同时由于激光熔覆过程中激光束与粉末的相互作用时间短，因此在急速冷却过程中具有较大的冷却度，而粉末中的合金元素会形成多种化合物，进一步增加非自发形核的数量，大大提高形核率，最终使得熔覆层的组织细小致密。细密的组织不仅减少了单位晶界上的杂质含量，而且减少了由于快速冷却而形成的成分偏析，从而降低了因原电池效应而加速腐蚀的影响。所以，无论是从腐蚀失重量而言，还是根据更具科学性的腐蚀失重速率分析，都说明热作模具包含Cr，Ni，Mo三种元素时，熔覆层的试样具有更好的耐腐蚀性，且并没有由于电化学腐蚀及原电池效应而加快基材的腐蚀。证明了本发明的粉末具有和基材一致的耐腐蚀性能，很好的满足了热作模具修复再制造的设计要求。

上述药粉中各组分的作用如下：

电解锰的作用是脱氧和合金化，金属锰杂质含量少，利于堆焊金属的净化。

45#硅铁的作用是脱氧和合金化，与电解锰联合加入，硅锰联合脱氧的效果好。

钛铁的作用是脱氧，并析出碳化物TiC和氮化物TiN，细化晶粒，通过细晶和析出相两种方式强化焊缝，提高堆焊金属的硬度。

金属铬和高碳铬铁的作用是向焊缝金属过渡Cr，对焊缝金属起到固溶强化作用，同时析出碳化物强化焊缝，Cr含量达到11％以上还能提高堆焊金属的高温抗氧化性能。高碳铬铁除了过渡Cr外，还向焊缝过渡C。

石墨的作用是向焊缝过渡C，控制焊缝适当的含C量形成碳化物，保证焊缝的硬度。

钒铁的作用是合金化，形成碳化物、氮化物，细化晶粒。

钼铁的作用是合金化，细化晶粒，固溶强化，形成碳化物，提高堆焊金属的高温性能和耐磨性能。

钨粉的作用是合金化，向焊缝过渡W，提高焊缝金属的高温硬度和高温耐磨性能。

镍粉的作用是可以提高奥氏体稳定性，减缓奥氏体向马氏体的转变，增加残余奥氏体量，提高堆焊金属的塑性、韧性，而且可以降低马氏体开始转变温度Ms点，可以降低堆焊金属的残余应力。

纳米氮化铬粉的作用是向焊缝过渡N，与氮化物形成元素Ti、V、Cr等形成氮化物，细化晶粒，提高焊缝金属的高温硬度和组织稳定性，降低温度变化引起的热应力，提高堆焊金属的抗裂性能和热疲劳性能；向焊缝金属过渡Cr；纳米粉末活性大，使冶金反应短暂的等离子弧堆焊能进行充分冶金反应，这是微米级粉末材料难以达到的，也是本发明合金粉末可用于等离子弧堆焊的关键。

氧化钇的作用是降低焊缝夹杂物含量，使夹杂物球化，净化焊缝金属，提高焊缝金属的抗疲劳性能。氧化钇具有抑制碳化物，促使形成氮化物作用。

钾长石的作用是稳定电弧，改善工艺性能和焊缝成型。

氟硅酸钠的作用是稳定电弧，增加液态金属流动性，改善工艺性能和焊缝成型。

雾化铁粉的作用是提供Fe，形成铁基合金粉末，并保证合金成分的合适含量。

本发明热作模具等离子弧堆焊用合金粉末的制备方法包括以下步骤：

(1)配粉按药粉配方的配比称量药粉，先将比重较小的石墨、钾长石、氟硅酸钠按配方比例称量后混合，用现有的混粉机混粉8-10分钟，获得非合金混合粉；然后将电解锰、45#硅铁、钛铁、金属铬、高碳铬铁、钒铁、钼铁、钨粉、镍粉、纳米氮化铬粉、氧化钇粉，以及雾化铁粉按配方比例称量后加入到非合金混合粉中，再继续混粉8-10分钟，获得药粉。

其中：所述药粉的配比以质量百分比计如下：电解锰0.5-1.5％，45#硅铁1-2％，钛铁6-10％，金属铬6-10％，高碳铬铁8-12％，石墨0-3％，钒铁2-4％，钼铁8-14％，钨粉2-6％，镍粉2-4％，纳米氮化铬粉1-2％，氧化钇粉2-5％，钾长石0-1％，氟硅酸钠0-1％，余为雾化铁粉。纳米氮化铬粉的粒度为99％以上的小于100纳米，其他粉末的粒度为48微米～180微米(即粒度为-80目～+300目)；

纳米氮化铬粉的粒度为99％以上的小于100纳米。

优选的其他粉末的粒度为48微米～180微米(即粒度为-80目～+300目)；但对其大小并无特殊限定

(2)将步骤(1)制备的药粉放入球磨机干混15-20分钟，获得等离子弧堆焊合金粉末成品。

上述合金粉末等离子弧堆焊金属的硬度HRC45-55，等离子弧堆焊的工艺参数为，转移弧电流140-180A，非转移弧电流70-90A，离子气(Ar)流量120-140L/h，保护气(Ar)流量550-620L/h，送粉速度25g/min。

本发明的合金粉末的应用不限于等离子弧堆焊，也可用于其他电弧堆焊，如碳弧堆焊、埋弧堆焊等。

本发明所具有的显著效果是：

(1)本发明合金粉末的等离子弧堆焊，其熔敷速度大、生产率较高，堆焊后基体材料与堆焊材料之间的界面呈冶金结合状态，其结合强度高，热输入量低，稀释率小。可用于大型热作模具的制造与修复。

(2)堆焊金属的成分可以通过改变合金粉末的成分调整，可以制造出系列产品用于不同的热作模具钢，应用范围广。

(3)本专利合金粉末优化了熔敷金属含铬量，使堆焊金属具有良好的高温抗氧化性能，显著提高了热作模具的使用寿命。

(4)本专利合金粉末通过加入纳米氮化铬粉和氮化物形成元素，通过反应原位合成氮化物，氮化物作为间隙相具有尺寸细小、高温稳定等优点，显著提高了堆焊金属的高温硬度和高温稳定性。

(5)本专利通过原材料的优选(如选用纯金属，少用铁合金)和加入稀土，降低了堆焊金属夹杂物含量，使夹杂物球化，细化晶粒，提高了堆焊金属的韧性、塑性和抗疲劳性能。

具体实施方式

实施例1：

(1)配粉按药粉配方的配比称量药粉，先将比重较小的钾长石、氟硅酸钠按配方比例称量后混合，用现有的混粉机混粉8分钟，获得非合金混合粉；然后将电解锰、45#硅铁、钛铁、金属铬、高碳铬铁、钒铁、钼铁、钨粉、镍粉、纳米氮化铬粉、氧化钇粉、以及雾化铁粉按配方比例称量后加入到非合金混合粉中，再继续混粉10分钟，获得药粉。

其中：所述药粉的配比以质量百分比计如下：电解锰0.5％，45#硅铁1％，钛铁6％，金属铬6％，高碳铬铁10％，钒铁2％，钼铁8％，钨粉2％，镍粉3％，纳米氮化铬粉1％，氧化钇粉2％，钾长石1％，氟硅酸钠1％，余为雾化铁粉。纳米氮化铬粉的粒度为99％以上的小于100纳米，其他粉末的粒度为48微米～180微米(即粒度为-80目～+300目)

(2)将步骤(1)制备的药粉放入球磨机干混15分钟，获得等离子弧堆焊合金粉末成品。

上述合金粉末等离子弧堆焊金属的硬度HRC45，等离子弧堆焊的工艺参数为，转移弧电流140-180A，非转移弧电流70-90A，离子气(Ar)流量120-140L/h，保护气(Ar)流量550-620L/h，送粉速度25g/min。

实施例2：

(1)配粉按药粉配方的配比称量药粉，先将比重较小的石墨、钾长石、氟硅酸钠按配方比例称量后混合，用现有的混粉机混粉10分钟，获得非合金混合粉；然后将电解锰、45#硅铁、钛铁、金属铬、高碳铬铁、钒铁、钼铁、钨粉、镍粉、纳米氮化铬粉、氧化钇粉，以及雾化铁粉按配方比例称量后加入到非合金混合粉中，再继续混粉8分钟，获得药粉。

其中：所述药粉的配比以质量百分比计如下：电解锰1％，45#硅铁2％，钛铁10％，金属铬10％，高碳铬铁12％，石墨2％，钒铁4％，钼铁14％，钨粉6％，镍粉3％，纳米氮化铬粉2％，氧化钇粉5％，钾长石0.5％，氟硅酸钠1％，余为雾化铁粉。纳米氮化铬粉的粒度为99％以上的小于100纳米，其他粉末的粒度为48微米～180微米(即粒度为-80目～+300目)；

(2)将步骤(1)制备的药粉放入球磨机干混20分钟，获得等离子弧堆焊合金粉末成品。

上述合金粉末等离子弧堆焊金属的硬度HRC55，等离子弧堆焊的工艺参数为，转移弧电流140-180A，非转移弧电流70-90A，离子气(Ar)流量120-140L/h，保护气(Ar)流量550-620L/h，送粉速度25g/min。

实施例3：

(1)配粉按药粉配方的配比称量药粉，先将比重较小的石墨、钾长石、氟硅酸钠按配方比例称量后混合，用现有的混粉机混粉9分钟，获得非合金混合粉；然后将电解锰、45#硅铁、钛铁、金属铬、高碳铬铁、钒铁、钼铁、钨粉、镍粉、纳米氮化铬粉、氧化钇粉，以及雾化铁粉按配方比例称量后加入到非合金混合粉中，再继续混粉9分钟，获得药粉。

其中：所述药粉的配比以质量百分比计如下：电解锰1.5％，45#硅铁2％，钛铁8％，金属铬7％，高碳铬铁10％，石墨2％，钒铁3％，钼铁10％，钨粉4％，镍粉3％，纳米氮化铬粉1.5％，氧化钇粉3％，钾长石1％，氟硅酸钠0.5％，余为雾化铁粉。纳米氮化铬粉的粒度为99％以上的小于100纳米，其他粉末的粒度为48微米～180微米(即粒度为-80目～+300目)

(2)将步骤(1)制备的药粉放入球磨机干混18分钟，获得等离子弧堆焊合金粉末成品。

上述合金粉末等离子弧堆焊金属的硬度HRC50，等离子弧堆焊的工艺参数为，转移弧电流140-180A，非转移弧电流70-90A，离子气(Ar)流量120-140L/h，保护气(Ar)流量550-620L/h，送粉速度25g/min。

实施例4：

(1)配粉按药粉配方的配比称量药粉，先将比重较小的石墨、钾长石、氟硅酸钠按配方比例称量后混合，用现有的混粉机混粉8分钟，获得非合金混合粉；然后将电解锰、45#硅铁、钛铁、金属铬、高碳铬铁、钒铁、钼铁、钨粉、镍粉、纳米氮化铬粉、氧化钇粉，以及雾化铁粉按配方比例称量后加入到非合金混合粉中，再继续混粉8分钟，获得药粉。

其中：所述药粉的配比以质量百分比计如下：电解锰0.8％，45#硅铁1.5％，钛铁6％，金属铬6％，高碳铬铁10％，石墨3％，钒铁4％，钼铁9％，钨粉2％，镍粉4％，纳米氮化铬粉1％，氧化钇粉2％，钾长石1％，氟硅酸钠0.5％，余为雾化铁粉。纳米氮化铬粉的粒度为99％以上的小于100纳米，其他粉末的粒度为48微米～180微米(即粒度为-80目～+300目)；

上述合金粉末等离子弧堆焊金属的硬度HRC52，等离子弧堆焊的工艺参数为，转移弧电流140-180A，非转移弧电流70-90A，离子气(Ar)流量120-140L/h，保护气(Ar)流量550-620L/h，送粉速度25g/min。

对比例1

本对比例与实施例1的不同之处在于，原料配方中不含氧化钇，对堆焊金属的热疲劳性进行测试，试样尺寸为50×20×1.5(mm),在20mm一边的中心垂直厚度方向，开60°V型缺口，进行700℃-20℃的循环加热、冷却，用出现0.5mm裂纹的循环次数反映疲劳性能。不含氧化钇粉末的对比例1的循环次数为21次，含氧化钇2％的实施例1的循环次数为43次。通过与实施例1的比对，表明本发明氧化钇能有效提升堆焊金属的抗疲劳性能。

对比例2

本对比例与实施例1的不同之处在于，原料配方中不加入纳米氮化铬粉，对韧性和抗裂性能的进行测试，不加纳米氮化铬粉的对比例2，U型缺口冲击韧性的测试值为1.06J/cm²，在厚度为80mm的5CrNiMo模具钢表面堆焊，预热250℃才能不出现裂纹；实施例1的U型缺口冲击韧性的测试值为1.21J/cm²，在厚度为80mm的5CrNiMo模具钢表面堆焊，预热50℃即可不出现裂纹。表明本发明合金粉末中的纳米氮化铬粉能有效地提高堆焊金属的韧性和抗裂性能。

对比例3

本对比例与实施例1的不同之处在于，原料配方中采用粒度为48微米～180微米(即粒度为-80目～+300目)的氮化铬粉，实测堆焊金属500℃的硬度为HRC36，硬度的最大值与最小值相差HRC6；实施例1堆焊金属的500℃硬度为HRC41，硬度的最大值与最小值相差HRC4。纳米氮化铬使堆焊金属高温下保持较高硬度，且堆焊金属的硬度较均匀。微米级的氮化铬由于颗粒较大，活性较小，在现有的加入量下由于等离子弧堆焊熔池冷却速度快，导致冶金反应不充分，无法有效提高焊缝金属的高温硬度和组织稳定性。

上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims

1.一种用于热作模具的等离子弧堆焊合金粉末，其特征在于，所述堆焊合金粉末为铁基合金粉末，其原料中包括占原料总质量1％-2％的纳米氮化铬粉和2％-5％的氧化钇粉末。

2.如权利要求1所述的堆焊合金粉末，其特征在于，所述堆焊合金粉末包含以下元素：C、N、Si、Mn、Cr、Mo、V、Ti、Ni、W、Fe、Y。

3.如权利要求1所述的堆焊合金粉末，其特征在于，所述堆焊合金粉末的原料中还包括占原料总质量0.1-2％的稳弧剂。

4.如权利要求3所述的堆焊合金粉末，其特征在于，所述稳弧剂由以下材料混合制成，以占堆焊合金粉末原料总质量的百分比计：0.1-1％的钾长石和0.1-1％的氟硅酸钠。

5.如权利要求1所述的堆焊合金粉末，其特征在于，所述堆焊合金粉末原料中，纳米氮化铬粉的粒度小于100纳米；其余组分的粒度均为48微米～180微米。

6.如权利要求1所述的堆焊合金粉末，其特征在于，所述堆焊合金粉末的原料中还包括下述组分，以占堆焊合金粉末原料总质量的百分比计：电解锰0.5-1.5％，45#硅铁1-2％，钛铁6-10％，金属铬6-10％，高碳铬铁8-12％，钒铁2-4％，钼铁8-14％，钨粉2-6％，镍粉2-4％。

7.如权利要求6所述的堆焊合金粉末，其特征在于，所述电解锰的成分以质量比计Mn含量不小于99.5％；45#硅铁的成分以质量比计是40.0％～47.0％Si，0.1％C，余为Fe和不影响性能的杂质；钛铁的成分以质量比计是23％～35％Ti，8.5％Al，5％Si，2.5％Mn，余为Fe和不影响性能的杂质；金属铬的成分以质量比计Cr含量不小于98％；高碳铬铁的成分以质量比计Cr不小于60％，C为6％～10％，Si不大于3％，S不超过0.04％，P不超过0.04％，余为Fe和不影响性能的杂质；钒铁的成分以质量比计是50％V，0.2％C，2％Si，0.8％Al，余为Fe和不影响性能的杂质；钼铁的成分以质量比计是50％Mo，3％Si，余为Fe和不影响性能的杂质；钨粉的成分以质量比计W含量不小于98％；镍粉的成分以质量比计Ni含量不小于98％。

8.一种热作模具等离子弧堆焊方法，其特征在于，以权利要求1-7任一所述的堆焊合金粉末为堆焊材料，所述等离子弧堆焊方法的工艺参数如下：转移弧电流140-180A，非转移弧电流70-90A，离子气流量120-140L/h，保护气流量550-620L/h，送粉速度25g/min。

9.权利要求1-7任一所述的堆焊合金粉末在修复热作模具中的应用，其特征在于，所述热作模具包括锤锻模具、热顶锻模具、热挤压模具、热冲裁模具和精锻模具以及压铸模具。

10.权利要求1-7任一所述的堆焊合金粉末在处理热作模具钢中的应用，其特征在于，所述热作模具钢中含有Cr，Ni，Mo。