[发明专利]一种功能梯度热锻模及其制造工艺

说明书

技术领域

本发明涉及热锻模加工技术领域，具体涉及一种功能梯度热锻模及其制造工艺。

背景技术

热锻模的工作环境非常严酷，由于受到周期性的热负荷和机械负荷的冲击，导致热锻模过早的实效，其寿命非常短，成产成本高。热锻模在以下两个因素的共同作用下失效的：一是高温导致的模具表面机械性能下降，另一个是交变的热应力和机械应力，其中，热应力是机械应力的10倍，其起着主要作用。因此，要提高热锻模的寿命，必须提高热锻模的高温强度、高温疲劳强度、高温韧性、高温耐磨性，同时还要降低热锻模工作时的热应力和机械应力。

虽然通过热处理及表面处理的方法可以提高模具表面的高温性能，但是目前的技术要么性能的提高幅度不大，而且制造工艺复杂，耗费大量的人力物力，且热锻模的工作寿命延长有限。如授权公告号为CN100358652C的专利申请中公开了一种热锻模，主要由基体部分、过渡层部分和模膛表面覆层组成。模膛表面覆层为纯陶瓷层构成，制造难度很大；采用喷焊工艺制造过渡层部分和模膛表面覆层，对带有圆弧部分的模膛很难通过喷焊工艺实现，同时喷焊后各层的表面很不平滑，需要花费大量的人工进行打磨；模膛表面覆层的只有一层，模膛表面覆层（陶瓷层）和过渡层（金属层）间的结合强度差，同时从金属层到陶瓷层是突然过渡，这使材料的性能（弹性模量、热导率、比热容、热膨胀系数等）跨度大，模膛表面覆层抗剥离性能差。

热锻模的使用寿命短，严重制约着模具业的发展以及企业经济效益的提高。因此，有必要对现有技术进行改进。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种使用寿命长的功能梯度热锻模及其制造工艺。

本发明采用的技术方案是：一种功能梯度热锻模，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。

按上述方案，所述连接部分由合金粉末喷涂而成。

按上述方案，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。

按上述方案，与连接部分所采用的合金材料相对应，SiC粉末表面镀有Ni膜或Co膜。

按上述方案，所述模膛功能梯度层部分根据其厚度分层。

按上述方案，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。

按上述方案，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。

一种如上所述的功能梯度热锻模的制造工艺，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；