[發明專利]一種夾心層鍛模及鍛模夾心層堆焊的制備方法

有效

• 申請號: 201510171656.4
• 申請日: 2015-04-13
• 公開（公告）號: CN104741499B
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 周杰;張建生;沈力;盧順
• 申請（專利權）人: 重慶大學;重慶杰品科技股份有限公司;重慶杰信聯眾機械有限公司
• 主分類號: B21J13/02
• 分類號: B21J13/02;B23P15/24;B23K9/04
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司50212
• 代理人: 李明,張先蕓

技術領域

本發明屬于模具技術領域，具體涉及一種夾心層鍛模及鍛模夾心層堆焊的制備方法。

背景技術

隨著國家重型裝備制造業的發展，大飛機、船舶制造等裝備制造業需要迅速提升能力。世界上最大的大型模鍛液壓機（8萬噸壓機）應運而生，其使用的鍛模已廣泛應用于航空、航天、核電、石化等領域的大型模鍛件生產制造中，如大飛機機身框架、起落架、發動機渦輪盤等，這些鍛件的鍛件材料主要包括鋁合金、高溫合金、鈦合金等，均需要采用鍛模來成形。然而，難變形材料（高溫合金、鈦合金等）大型鍛件的成形溫度高，在鍛造成形過程中因鍛件與模具接觸時間長，模具承受壓力高，型腔表層溫升快，溫度迅速升高至700℃以上，導致模具工作區域強度、硬度迅速降低，造成模具變形很大、磨損很嚴重，模具壽命極低，模鍛1-2件后模具變形高達10mm以上，模具嚴重失效不能再使用等問題。

目前，只有采用H13鋼等材料來制備大型模鍛液壓機鍛模，才能滿足大型鍛模液壓機的生產需要；然而，盡管采用鍛造H13鋼模塊來制造鍛模時壽命有所延長，但H13鋼價格昂貴，鍛坯材料和鍛后熱處理費用較普通工藝方法提高近1倍，鍛模制造成本相當高。因此，制造成本高、模具壽命極低已成為制約大型難變形材料模鍛生產的關鍵瓶頸，也成為大型模鍛液壓機能否用得起的關鍵瓶頸。尋找一種能夠顯著提高鍛模的使用壽命，同時可降低模具制造成本的鍛模制備方法，已成為本技術領域亟待解決的問題。

發明內容

針對現有技術存在的上述不足，本發明的目的是提供一種使用壽命較長、承壓能力較高的夾心層鍛模。

本發明的另一個目的是提供一種鍛模夾心層堆焊的制備方法，該方法能較好地延長鍛模的壽命、縮短新產品開發周期，同時又能降低模具制造成本，從根本上解決了大型難變形材料模鍛用模具壽命極低、以及模具制造成本昂貴的關鍵瓶頸問題。

實現上述目的，本發明采用如下技術方案：一種夾心層鍛模，包括鑄鋼基體A、過渡層C和高溫耐磨層D；在鑄鋼基體A和過渡層C之間堆焊一層夾心層B；所述夾心層B較所述鑄鋼基體A和過渡層C兩者塑性更好，屈服強度更低；

其中，夾心層B的塑性范圍為：δ延伸率≥14.7%，ψ收縮率≥31.2%；屈服強度范圍為：σs屈服強度≥550MPa。

優選地，夾心層B的δ延伸率為14.7%~20%，ψ收縮率為31.2%~36%，σs屈服強度為550~570 MPA。

一種鍛模夾心層堆焊的制備方法，包括如下步驟：

1）采用鑄鋼作為模具基體材料澆注出待焊模具基體；其中，型腔部位預留堆焊余量；所預留堆焊余量厚度視具體的模具種類和型號而定，一般可預留40~90 mm。

2）在步驟1）澆注好的待焊模具基體上，沿預留堆焊處的形狀，堆焊塑性好且屈服強度低的夾心層軟質焊材，焊至模具型腔輪廓線下14~16 mm；所述塑性好且屈服強度低是指其力學性能指標能達到以下標準：σ_s屈服強度≥550MPa，σ_b抗拉強度≥760MPa，δ延伸率≥14.7%，ψ收縮率≥31.2%，硬度30～35HRC；這樣，當制得的模具受高壓峰值應力后，夾心層在過渡層與鑄鋼基體之間起著軟墊作用，首先產生彈性變形甚至微量塑性變形，將高壓峰值應力迅速擴散減弱，有效保護鑄鋼基體的安全，不會因鑄鋼基體承受的峰值應力值過高，而導致鑄鋼基體破裂。

3）在步驟2）焊好夾心層的模具基體上，沿預留堆焊處余量形狀以及夾心層的形狀，堆焊強度和硬度較高的過渡層焊材材料，將夾心層材料全部覆蓋包住，并繼續焊至模具型腔輪廓線下8~11 mm；所述強度和硬度較高是指其力學性能指標能達到以下標準：σ_s屈服強度≥790MPa，σ_b抗拉強度≥1100MPa，δ延伸率≥11.7%，ψ收縮率≥28.9%，硬度45～50HRC；這樣，過渡層既能與夾心層結合良好，又能與模具上部區域的鑄鋼基體有效連接，還能與隨后的高溫耐磨層結合良好。由于夾心層材料的加入，過渡層與鑄鋼基體之間的應力擴散變得更加均勻，在型腔下方應力集中區域可以有效地保護鑄鋼基體的安全，并防止過渡層材料在承受橫向拉應力時出現裂紋源。