[发明专利]一种用于冲裁的高强韧模具钢制品及其增材制造工艺

说明书

本发明提供一种用于冲裁的高强韧模具钢制品及其增材制造工艺，包括上下设置的熔覆层和基体，所述熔覆层采用同冷作模具钢，所述基体采用高强钢；所述熔覆层厚度为0.5‑10mm，硬度55‑65HRC，所述熔覆层内包括0.7‑1.6％C、0.5‑1.5％Mn+Ni，5‑15％Cr+Mo+W+V，1‑8％Co；所述基体厚度为20‑200mm，硬度40‑55HRC。本发明利用激光熔覆的高能量密度和快速冷却特征，配合以高强韧粉末和基体成分设计，实现熔覆层的高合金化、基体强韧化来获得模具钢制品的耐磨性和抗崩角性能，降低模具钢制品的制造成本。

技术领域

本发明主要涉及模具钢和增材制造技术领域，尤其涉及一种用于 冲裁的高强韧模具钢制品及其增材制造工艺，适用于冲裁模具镶块、 冲裁刀块和冲头等模具制品的制造。

背景技术

随着汽车轻量化的发展，以高强钢、铝镁合金加工为代表的板件 分离技术蓬勃发展。它利用对材料施加剪切力，使材料发生分离。按 照冲裁工序的性质划分，冲裁模可划分为落料模、冲孔模、切断模、 整修模和精冲模等。相比线切割、等离子切割和激光切割等切割方式， 具有无污染、尺寸精准、设备投资低和生产节拍快等优势，迅速成为 落料生产线和产品修整的重要加工方式，相关模具钢市场高达50-100 亿/年。通常一款冲裁模具服役寿命高达20-40万次，尤其是面向高 强钢零部件边线和孔位分离时，模具钢制品承受的剪切强度高达 1500-2500Mpa，对模具钢的合金设计、纯净度和组织调控要求极为苛 刻。

目前，冲裁用模具钢通常采用高合金粉末设计，以及电渣重熔或 粉末冶金等工艺进行加工，来保证模具钢寿命。已公开发明专利，专 利号CN109306434A，专利名称：粉末冶金高耐磨高韧性冷作模具钢 及其制备方法，提出采用粉末冶金法制备粉末粉末冶金钢，其材质C 含量高达1.0-2.0％，V含量高达2-6％。已公开发明专利，专利号 CN1958833，专利名称：一种喷射沉积制备高合金冷作模具钢的工艺 方法，提出利用粉末雾化沉积法获得组织细小、均匀，无宏观偏析的 冷作模具钢，晶粒尺寸控制在2-10微米。设备投资高、生产工艺复 杂，造成制造成本极高，且工业上几乎全部来源于进口，相关制品占 据模具成本的50％以上。

除此之外，国内冲裁压机和模具的稳定性普遍较差，在冲裁过程 中冲裁间隙波动、冲裁力作用点不稳定，模具钢制品经常受到异常冲 击力而发生崩角，使产品出现早期失效。现有冲裁模具钢及其制备工 艺在提高耐磨性的同时，难以让塑韧性出现大幅度的提高。因此，现 有冲裁模具钢制品无论是成分设计还是制备工艺，均无法满足冲裁模 具钢制品的服役工况和寿命需要。

总而言之，现有冲裁模具钢利用粉末冶金等工艺，制造成本昂贵、 合金利用率低且抗崩角能力无法满足冲裁模具复杂工况要求的难题。

近年来，激光熔覆技术作为一种先进的增材制造局部改性技术， 它通过同轴送粉等方法，利用高能量密度的激光束使粉末与基材表层 熔凝在一起，从而在基体表面形成冶金结合的熔覆层。已公开发明专 利，申请号CN101392382B，专利名称：汽车模具的激光修复工艺， 通过对模具的磨损部位进行激光熔覆，来完成模具钢的修复。已公开 发明专利，申请号CN107164756B，专利名称：一种激光熔覆用修复 H13模具钢的金属粉末，提供一种C-Cr-Mo系合金成分的铁基粉末， 采用激光熔覆对H13钢表面进行表修复。然而，相关研集中在激光修 复、局部强化领域，尚无人应用于模具钢制品的一体化制造。更关键 的是，受限于成分设计、熔覆工艺，现有粉末通常是钴基合金，并添 加一定量的WC粉末，模具钢在1-2万冲次内便发生早期崩角。因此， 相关产品无法满足冲裁模具钢制品的服役工况要求。

综上因素，设计适用于激光熔覆的高强韧性模具钢粉末，并将激 光熔覆工艺进行改进，获得媲美于现有粉末冶金钢的组织和性能，实 现对粉末冶金钢的替代，也就成了冲裁模具钢增材造领域的一大难 题。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷，本发明提供一种用于冲裁的高强韧模 具钢制品，包括下设置的熔覆层和基体，所述熔覆层采用同冷作模具 钢，所述基体采用高强钢；