[发明专利]一种型腔表层随形网状结构热锻模具及其制备方法

说明书

本发明公开了一种型腔表层随形网状结构热锻模具及其制备方法，大型热锻模具包括模具基体，在模具基体上依次形成有夹心层、过渡层和强化层，所述强化层和过渡层通过沟槽分隔为若干小单元，所有沟槽互联互通呈网状结构，在过渡层沟槽中填充有普通软质材料；在强化层沟槽中填充有耐高温软质材料。本发明强化层材料和耐高温软质材料相结合能够获得软硬结合、强韧匹配的型腔表层，可充分释放模具型腔表面在焊接过程以及在模具服役条件下可能出现的较大拉应力，避免焊接过程及服役过程中出现的热裂纹。

技术领域

本发明涉及大型热锻模具，具体涉及一种型腔表层随形网状结构大型热锻模具及其制备方法，属于模具技术领域。

背景技术

随着我国航空航天、核电、石化等国家战略需求领域的迅速发展，对大型化、整体化、精密化的高性能关键构件的需求日益增加，这些构件的加工往往涉及大型锻模。大型锻模加工对象及加工中面临的复杂恶劣环境往往使其寿命很低、成本很高。中国发明专利“一种基于铸钢基体的双金属层堆焊制备锻模的方法(ZL200910104604X)”和“一种夹心层锻模及锻模夹心层堆焊的制备方法(ZL201510171656.4)”在一定程度上较好地解决了大型锻模生产成本高、使用寿命低的难题。其中ZL 201510171656.4在铸钢基体和过渡层之间设置一层夹心层，所述夹心层较铸钢基体和过渡层两者塑性更好，屈服强度更低；当模具承受高压应力时，夹心层在过渡层与铸钢基体之间起着软垫作用，使铸钢基体层上的应力分布更加均匀，将高压峰值应力迅速扩散减弱，使铸钢基体承受的峰值应力值得以降低，避免峰值应力直接导致铸钢基体产生裂纹，造成模具断裂失效，从而提高铸钢基体的承压安全性、提高夹心层模具的承压能力和整体安全性能。虽然上述专利在一定程度上解决了寿命和耐压的问题，但由于大型锻模往往涉及难变形材料的加工，随着产量的增加，难变形材料成形用大型锻模在生产了数十件锻件后，型腔表层还是会出现众多长条形不规则裂纹，并影响大型锻模寿命、模锻安全生产和高端装备制造成本及国际竞争力，解决这些裂纹是当前大型模锻件生产新的急待解决的瓶颈。究其原因，国内外由传统方法制造的锻模，因型腔面积大，在服役前后某些环节，如模具制造时的堆焊环节、模具投入使用生产构件时的高温环节，这些环节温度应力都非常大，从而导致锻模型腔表面在使用时间久后会不同程度产生大量裂纹。

发明内容

针对现有大型锻模型腔表层容易出现裂纹的不足，本发明的目的在于提出一种型腔表层随形网状结构大型热锻模具及其制备方法，本大型锻模能够很好地防止型腔表层裂纹的形成和扩展，提高锻模寿命。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种型腔表层随形网状结构热锻模具，包括模具基体，在模具基体上依次形成有夹心层、过渡层和强化层，所述强化层通过构造强化层沟槽被分隔为若干彼此隔断的小单元，所有强化层沟槽互联互通呈网状结构，在强化层沟槽中填充有耐高温软质材料。

进一步地，所述过渡层通过构造过渡层沟槽被分隔为若干彼此隔断的小单元，所有过渡层沟槽互联互通呈网状结构，在过渡层沟槽中填充有普通软质材料；所有过渡层沟槽与强化层沟槽上下完全正对。

所述普通软质材料的硬度为HRC 10-30，在常温下力学性能为：屈服强度σs≥550MPa，抗拉强度σb≥750MPa，延伸率δ≥14.7％，收缩率Ψ≥31.2％，冲击功Akv≥30J，400℃时的压缩强度≥550MPa；耐高温软质材料的硬度为HRC 20-35，在常温下力学性能为：屈服强度σs≥700MPa，抗拉强度σb≥980MPa，延伸率δ≥16.6％，收缩率Ψ≥31.5％，冲击功Akv≥35J，600℃下压缩强度≥500MPa。

上述型腔表层随形网状结构热锻模具的制备方法，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；

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焊材；