[发明专利]一种夹心层锻模及锻模夹心层堆焊的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于模具技术领域，具体涉及一种夹心层锻模及锻模夹心层堆焊的制备方法。

背景技术

随着国家重型装备制造业的发展，大飞机、船舶制造等装备制造业需要迅速提升能力。世界上最大的大型模锻液压机（8万吨压机）应运而生，其使用的锻模已广泛应用于航空、航天、核电、石化等领域的大型模锻件生产制造中，如大飞机机身框架、起落架、发动机涡轮盘等，这些锻件的锻件材料主要包括铝合金、高温合金、钛合金等，均需要采用锻模来成形。然而，难变形材料（高温合金、钛合金等）大型锻件的成形温度高，在锻造成形过程中因锻件与模具接触时间长，模具承受压力高，型腔表层温升快，温度迅速升高至700℃以上，导致模具工作区域强度、硬度迅速降低，造成模具变形很大、磨损很严重，模具寿命极低，模锻1-2件后模具变形高达10mm以上，模具严重失效不能再使用等问题。

目前，只有采用H13钢等材料来制备大型模锻液压机锻模，才能满足大型锻模液压机的生产需要；然而，尽管采用锻造H13钢模块来制造锻模时寿命有所延长，但H13钢价格昂贵，锻坯材料和锻后热处理费用较普通工艺方法提高近1倍，锻模制造成本相当高。因此，制造成本高、模具寿命极低已成为制约大型难变形材料模锻生产的关键瓶颈，也成为大型模锻液压机能否用得起的关键瓶颈。寻找一种能够显著提高锻模的使用寿命，同时可降低模具制造成本的锻模制备方法，已成为本技术领域亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种使用寿命较长、承压能力较高的夹心层锻模。

本发明的另一个目的是提供一种锻模夹心层堆焊的制备方法，该方法能较好地延长锻模的寿命、缩短新产品开发周期，同时又能降低模具制造成本，从根本上解决了大型难变形材料模锻用模具寿命极低、以及模具制造成本昂贵的关键瓶颈问题。

实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种夹心层锻模，包括铸钢基体A、过渡层C和高温耐磨层D；在铸钢基体A和过渡层C之间堆焊一层夹心层B；所述夹心层B较所述铸钢基体A和过渡层C两者塑性更好，屈服强度更低；

其中，夹心层B的塑性范围为：δ延伸率≥14.7%，ψ收缩率≥31.2%；屈服强度范围为：σs屈服强度≥550MPa。

优选地，夹心层B的δ延伸率为14.7%~20%，ψ收缩率为31.2%~36%，σs屈服强度为550~570 MPA。

一种锻模夹心层堆焊的制备方法，包括如下步骤：

1）采用铸钢作为模具基体材料浇注出待焊模具基体；其中，型腔部位预留堆焊余量；所预留堆焊余量厚度视具体的模具种类和型号而定，一般可预留40~90 mm。

2）在步骤1）浇注好的待焊模具基体上，沿预留堆焊处的形状，堆焊塑性好且屈服强度低的夹心层软质焊材，焊至模具型腔轮廓线下14~16 mm；所述塑性好且屈服强度低是指其力学性能指标能达到以下标准：σ_s屈服强度≥550MPa，σ_b抗拉强度≥760MPa，δ延伸率≥14.7%，ψ收缩率≥31.2%，硬度30～35HRC；这样，当制得的模具受高压峰值应力后，夹心层在过渡层与铸钢基体之间起着软垫作用，首先产生弹性变形甚至微量塑性变形，将高压峰值应力迅速扩散减弱，有效保护铸钢基体的安全，不会因铸钢基体承受的峰值应力值过高，而导致铸钢基体破裂。

3）在步骤2）焊好夹心层的模具基体上，沿预留堆焊处余量形状以及夹心层的形状，堆焊强度和硬度较高的过渡层焊材材料，将夹心层材料全部覆盖包住，并继续焊至模具型腔轮廓线下8~11 mm；所述强度和硬度较高是指其力学性能指标能达到以下标准：σ_s屈服强度≥790MPa，σ_b抗拉强度≥1100MPa，δ延伸率≥11.7%，ψ收缩率≥28.9%，硬度45～50HRC；这样，过渡层既能与夹心层结合良好，又能与模具上部区域的铸钢基体有效连接，还能与随后的高温耐磨层结合良好。由于夹心层材料的加入，过渡层与铸钢基体之间的应力扩散变得更加均匀，在型腔下方应力集中区域可以有效地保护铸钢基体的安全，并防止过渡层材料在承受横向拉应力时出现裂纹源。