[发明专利]一种功能梯度热锻模及其制造工艺

权利要求书

1.一种功能梯度热锻模，其特征在于，包括基体部分、连接部分和模膛功能梯度层部分，所述基体部分体积占90～99%，基体部分采用中耐热韧性的热作模具钢H13；所述连接部分为位于基体部分与模膛功能梯度层部分之间的过渡区域，连接部分采用合金材料；所述模膛功能梯度层部分采用以SiC与合金复合的金属陶瓷材料；所述合金为镍合金或钴合金；所述连接部分由合金粉末喷涂而成，所述模膛功能梯度层部分由SiC粉末与合金粉末混合喷涂而成；所述模膛功能梯度层部分根据其厚度平均分层；从连接部分到模膛表面，模膛功能梯度层部分的合金粉末所占的质量分数逐层呈阶梯式减小，SiC粉末所占的质量分数逐层呈阶梯式增加。

2.如权利要求1所述的一种功能梯度热锻模，其特征在于，所述模膛功能梯度层部分分为10层，从连接部分至模膛表面依次为第一层至第十层，第一层至第十层中，合金粉末与SiC粉末的质量比依次分别为95:5、90:10、85:15、80:20、75:25、70:30、65:35、60:40、55:45、50:50。

3.如权利要求2所述的一种功能梯度热锻模，其特征在于，与连接部分的合金材料对应，SiC粉末表面镀有Ni膜或Co膜。

4.一种如权利要求1所述的功能梯度热锻模的制造工艺，其特征在于，包括以下几个步骤：

步骤一，根据具体的锻件，设计出锻模工艺与模具图；

步骤二，根据第一歩的设计结果，用有限元专业软件对模锻成形过程进行连续仿真分析，获得锻模在热平衡时的温度场和应力场；锻模某点应力与热作模具钢H13在该点温度下的热疲劳强度相对应，则该点为失效临界点，锻模的所有失效临界点形成失效曲面，失效曲面与模膛表面之间的区域为失效区域；为了便于制造，将失效曲线中离模膛表面距离最远的点作为整个锻模的失效临界点，该点到模膛表面的距离为失效深度；

步骤三，将锻模在空间上分为基体部分、连接部分和模膛功能梯度层部分，模膛功能梯度层部分的厚度等于锻模的失效深度；连接部分和基体部分的总厚度等于模膛深度减去失效深度；其中，连接部分介于基体部分和模膛功能梯度层部分之间；作出整副模具的工程图；

步骤四，确定基体部分、连接部分和模膛功能梯度层部分的材料：基体部分采用中耐热韧性热作模具钢H13；连接部分采用镍合金或钴合金：模膛功能梯度层部分对应采用SiC粉末与镍合金或钴合金粉末混合，SiC粉末的表面对应镀有Ni膜或Co膜；将模膛功能梯度层部分分层，从连接部分到模膛表面，模膛功能梯度层部分中合金粉末所占的质量分数逐层呈阶梯式减少，SiC粉末所占的质量分数逐层呈阶梯式增加；

步骤五，用常规方法加工制作锻模基体部分；

步骤六，在锻模基体部分上喷涂连接部分；

步骤七，在连接部分上制造模膛功能梯度层部分，采用喷涂的方式逐层喷涂混合的合金粉末和表面镀有Ni膜或Co膜的SiC粉末，每叠加一层，合金粉末的质量分数减少，SiC粉末的质量分数增加；每叠加一层，锻模均符合相应工程图的形状和尺寸，得锻模毛坯；

步骤八，将锻模毛坯放入热等静压设备进行热等静压处理；

步骤九，对热等静压处理后的锻模表面进行打磨抛光处理，直至符合粗糙度要求为止。

5.如权利要求4所述的一种功能梯度热锻模的制造工艺，其特征在于，在所述的步骤四中，模膛功能梯度层部分的分层由失效深度确定，失效深度越大，层数越多。