[發(fā)明專利]一種高韌性模具鍛鋼基體材料、夾心層鍛模及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110465694.6
• 申請(qǐng)日: 2021-04-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113151749B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周杰;張建生;王秋韻;盧順
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué);重慶大江杰信鍛造有限公司;重慶杰品科技股份有限公司
• 主分類號(hào): C22C38/44
• 分類號(hào): C22C38/44;C22C38/02;C22C38/04;B21J13/02;B21J5/00;B23P15/24
• 代理公司: 重慶博凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 50212
• 代理人: 張先蕓

本發(fā)明公開(kāi)了一種高韌性模具鍛鋼基體材料、夾心層鍛模及其制備方法。所述高韌性模具鍛鋼基體材料成分的質(zhì)量百分比：C為0.32～0.38％、Si為0.3～0.5％、Mn為0.6～1.0％、Cr為1.4～1.7％、Ni為1.4～1.7％、Mo為0.15～0.35％，余量為鐵；雜質(zhì)總量小于0.12wt.％。本發(fā)明解決現(xiàn)有的模具基體在溫度在350℃以上、局部瞬時(shí)應(yīng)力在650MPa以上的條件下塑/韌性差，出現(xiàn)易開(kāi)裂等的技術(shù)問(wèn)題，進(jìn)一步提高模具鍛鋼基體材料與增材制造的多梯度功能層之間的結(jié)合強(qiáng)度，有效提高大型熱鍛模具的一次使用壽命和增加可修復(fù)再制造的次數(shù)。其制備的大型熱鍛模具在8萬(wàn)噸壓機(jī)上生產(chǎn)鈦合金鍛件4批次，模具鍛鋼基體無(wú)變形和開(kāi)裂的情況發(fā)生，使得大型熱鍛模具的一次使用壽命增加了5倍以上。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于模具鍛鋼制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于制備高溫重載條件下大型高韌性熱鍛模具的鍛鋼基體材料、模具鍛鋼基體及夾心層鍛模和制備方法。

背景技術(shù)

隨著國(guó)家重型裝備制造業(yè)的發(fā)展，飛機(jī)、船舶制造等裝備制造業(yè)需要迅速提升能力。世界上最大的大型模鍛液壓機(jī)(8萬(wàn)噸壓機(jī))應(yīng)運(yùn)而生，其使用的大型熱鍛模具(單套重量已達(dá)60～100噸)已廣泛應(yīng)用于航空、航天、核電、石化等領(lǐng)域的大型模鍛件生產(chǎn)制造中，如大飛機(jī)機(jī)身框架、起落架、發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤、大型缸體、泵體等，這些鍛件的鍛件材料主要包括鋁合金、高溫合金、鈦合金等。然而難變形材料(高溫合金、鈦合金、超高強(qiáng)度鋼等)大型鍛件的始鍛溫度高，在鍛造成形過(guò)程中因鍛件與模具接觸時(shí)間長(zhǎng)，模具承受壓力高，溫度迅速升高至350～700℃以上，導(dǎo)致模具強(qiáng)度、硬度迅速降低，造成常規(guī)5CrNiMo、5CrMnMo材質(zhì)的模具發(fā)生嚴(yán)重塑性變形、開(kāi)裂等問(wèn)題，使得模具壽命極低，模鍛1～2件鍛件后模具變形高達(dá)10mm以上，導(dǎo)致模具嚴(yán)重失效不能再使用等問(wèn)題。

現(xiàn)在也有選用H13鋼作為模具材質(zhì)，模具的變形程度有所減輕，但新的問(wèn)題也悄然出現(xiàn)，模具常發(fā)生在預(yù)熱和放置時(shí)整體斷裂報(bào)廢的情況。經(jīng)分析認(rèn)為，這與冶金缺陷和加工應(yīng)力消除不充分有關(guān)。H13材質(zhì)的模具重量超過(guò)15噸，受大型鋼錠鑄造冶金質(zhì)量低下、鋼錠自由鍛鍛透性差、熱處理淬火硬度低的影響，探傷合格率極低，合格率僅為50％左右，模具壽命也得不到保證，這嚴(yán)重影響了模具的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本。

為了解決所述技術(shù)問(wèn)題,申請(qǐng)人曾設(shè)計(jì)了一種夾心層鍛模及鍛模夾心層堆焊的工藝方法并申請(qǐng)了專利，專利號(hào)為ZL201510171656.4；該方法采用在大型鍛模基體上進(jìn)行梯度功能層增材制造，進(jìn)而通過(guò)回火去應(yīng)力、機(jī)加工成型等獲得最終模具；這樣，得到的大型鍛模能夠基本滿足鍛模模具在極端工況的性能要求，有效延長(zhǎng)鍛模使用壽命的同時(shí)又可降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)了短時(shí)間、高利用率的制造和使用模具。但是，申請(qǐng)人在實(shí)施上述方法的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)這種在模具基體上進(jìn)行多梯度功能層增材制造的大型熱鍛模具在8萬(wàn)噸壓機(jī)上成形難變形材料時(shí)，基體材料在滿足高溫(350℃以上)重載(高溫下局部瞬時(shí)應(yīng)力650MPa以上)下塑/韌性性能要求有待進(jìn)一步提高，如何避免在極端條件下熱鍛模具的基體發(fā)生嚴(yán)重塑性變形、開(kāi)裂等問(wèn)題，是本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的技術(shù)問(wèn)題；進(jìn)一步，基體材料與背景技術(shù)中增材制造的多梯度功能層如何良好結(jié)合并平穩(wěn)過(guò)渡，基體材料的性能如何保證滿足8萬(wàn)噸壓機(jī)上大型熱鍛模具多次修復(fù)和再制造(多次使用，降低單件攤銷成本)的使用要求，也是本領(lǐng)域技術(shù)人員迫切需要解決的技術(shù)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明所要解決的問(wèn)題是：如何提供一種用于熱鍛模具的高韌性模具鍛鋼基體材料，可用于制備高韌性模具鍛鋼基體，解決現(xiàn)有的模具基體在350℃以上、局部瞬時(shí)應(yīng)力在650MPa的高溫重載條件下塑韌性差、易開(kāi)裂，性能無(wú)法滿足要求等技術(shù)問(wèn)題；同時(shí)進(jìn)一步提高模具鍛鋼基體材料與增材制造的多梯度功能層之間的結(jié)合強(qiáng)度，有效提高大型熱鍛模具的一次使用壽命和增加可修復(fù)再制造的次數(shù)。

本發(fā)明還提供所述高韌性模具鍛鋼基體材料的應(yīng)用，制備得到的高韌性模具鍛鋼基體，以及獲得高韌性?shī)A心層鍛模及其制備方法。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案：