[发明专利]自润滑异质材料复合结构热锻模及其制备方法

说明书

本发明公开了一种自润滑异质材料复合结构热锻模，包括模套和模芯，模芯包括依次设置的基体、支撑层、强化隔热层以及自润滑层，其中，基体采用H11钢或H13钢制成；支撑层采用奥氏体耐热钢制成，支撑层通过堆焊的方式焊在基体之上；强化隔热层采用金属陶瓷材料制成，强化隔热层通过等离子粉末喷焊在支撑层之上；自润滑层为粘接相、硬质相以及润滑相组成的自润滑材料以粉末冶金的方式烧结在模腔表面。本发明提出的自润滑异质材料复合结构热锻模，使每种材料在各自的工作条件下发挥其性能优势，同时避免或减少使用润滑剂，显著增强了模具强度，有效提高了使用寿命，改善了锻造生产对环境的破坏。

技术领域

本发明涉及热锻模技术领域，尤其涉及一种自润滑异质材料复合结构热锻模及其制备方法。

背景技术

热锻模的工作条件是十分恶劣的，它要承受高温、高压以及热态金属坯料在模具型腔表面剧烈流动所造成的剧烈摩擦，导致模具表面产生龟裂损伤和热磨损，促使热锻模失效，因而热锻模寿命低。现有技术采用温度分布区间来确定模具各层材料。但是这种结构，在具有冲击载荷设备（例如机械压力机、锻锤等）的作用下，在热锻模近表层存在低硬度区，形成类似“豆腐渣”状的破坏，无法有效地支撑堆焊覆层，因此通过温度梯度设计制造的复合材料热锻模，在具有冲击性载荷的热锻设备的作用下效果欠佳，其模具寿命难以有效延长。

另外，在金属塑性加工过程中，为防止模具与坯料粘模与卡模，提高产品精度，延长模具寿命会使用润滑剂。然而，润滑剂的使用会造成污染环境，对环境友好的固体自润滑成为一种趋势。现有模具固体自润滑技术一般采用热喷涂制备的表面覆层，其厚度薄且结合强度有限。在高温重载的循环冲击作用下，容易造成热锻模涂层脱落和完整性破坏，从而加速失效。

采用整体模块的热锻模结构简单、使用方便、加工成本较低，然而其缺点也很明显。如H13钢制成整体模块，其红硬性差、易磨损，局部发生磨损后需要全部更换，不仅造成能源浪费，还会增加生产成本。

机械压力机（例如热模锻压力机、螺旋压力机等）是现在普遍使用的热锻装备之一，由于冲击载荷使得模具近表层破坏而引起表层硬质部位失效，不得不整体更换，模具寿命难以得到提升；此外润滑剂的使用及其后处理会污染环境，破坏生态圈。

综上，现有热锻模设计与制造存在以下不足：1、均质的热锻模以及梯度热锻模均存在设计方法上的不足；2、使用润滑剂作为润滑方式不仅生产成本提高还污染环境，而热喷涂涂层的自润滑方式则存在涂层结合强度不足，尤其是在冲击性的热力载荷作用下容易加速破坏；3、整体模块其经济性不高，易浪费。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种自润滑异质材料复合结构热锻模及其制备方法，旨在提高其结构强度，大幅度提高整体寿命，同时避免或减少了润滑剂对环境的污染，促进锻造工艺的可持续发展。

为实现上述目的，本发明提供一种自润滑异质材料复合结构热锻模，包括模套和模芯，所述模芯包括依次设置的基体、支撑层、强化隔热层以及自润滑层，其中，

所述基体采用H11钢或H13钢制成；

所述支撑层采用奥氏体耐热钢制成，所述支撑层通过堆焊的方式焊在基体之上；

所述强化隔热层为金属陶瓷材料制成，所述强化隔热层通过等离子粉末喷焊在支撑层之上；

所述自润滑层采用粘接相、硬质相以及润滑相组成的自润滑材料以粉末冶金的方式烧结在模腔表面。

优选地，所述粘接相为Ni、Mo和Al的混合物，所述硬质相为Cr₂O₃，所述润滑相为CaF₂和BaF₂的混合物。

优选地，所述粘接相的质量百分比为60-75%，硬质相的质量百分比为15-20%，润滑相的质量百分比为5-25%。