專利名稱：鍛模堆噴復合焊制備方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及模具領域，尤其是一種鍛模的制備方法。
背景技術(shù)：
在制造業(yè)中，模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎工藝裝備。模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低，在很大 程度上決定著產(chǎn)品的品質(zhì)、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力，已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平 高低的重要標志。 目前，我國鍛造行業(yè)主要以5CrNiMo、5CrMnMo、 H13等作為模具鋼，這些鋼種具有 一定的淬透性、高溫強度和沖擊韌性，但普遍使用壽命不高。同時我國鍛模模具制備方法基 本均為采用鍛造后熱處理制得，這種方法制得的鍛模性能差，使用壽命比較低，僅相當于國 外的1/3 1/5。多數(shù)失效的模具，只因為表面很薄一層工作層被磨損或局部熱蝕剝落而報 廢，造成極大的資源浪費。據(jù)統(tǒng)計，由于模具壽命低而造成的鋼材消耗和能源浪費，以及對 產(chǎn)品質(zhì)量影響所帶來的損失，每年達上百億人民幣。 故如何設計一種能提高模具性能，延長使用壽命，降低生產(chǎn)成本的鍛模制備方法， 已成為本技術(shù)領域有待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種可制得
具備較好的強度、硬度、沖擊韌性、表層耐磨與抗熱疲勞等各方面性能的鍛模，同時又可降
低生產(chǎn)成本、提高模具使用壽命、節(jié)約材料及能源的鍛模堆噴復合焊制備方法。 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是 —種鍛模堆噴復合焊制備方法，包括依次執(zhí)行的以下步驟 a.新制鍛模模具基體，基體經(jīng)鍛造及調(diào)質(zhì)處理，基體型腔位置預留余量。 b.采用自動氣體保護堆焊工藝，在基體型腔表面上堆焊出均勻分布的堆焊層，該
堆焊層作為過渡層。所述自動氣體保護堆焊工藝是指采用自動堆焊機在惰性氣體保護下進
行自動堆焊。 c.在堆焊過渡層上進行一步法噴焊自熔性合金粉末，形成表面強化層。各梯度層
結(jié)合強度高，強化工作部位對回火脆性并不敏感，從高溫緩慢冷卻下來以后，沖擊韌性僅稍
有降低。堆噴復合焊強化部位淬透性好，每個梯度層的斷面各部位硬度幾乎一致。 d.采用回火緩冷工藝，噴焊完畢立刻進行回爐升溫，緩冷。此時工件內(nèi)大部分殘余
奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，并使馬氏體消除了內(nèi)應力，強化部位硬度要高于基體硬度。 e.用電脈沖機床加工成形或直接用砂輪打磨等方式進行精加工，使模具的各部分
尺寸到位。 在上述技術(shù)的所述步驟a中，作為優(yōu)化，基體型腔表面制為波浪形表面，可增加焊 接時焊材與基體材料的結(jié)合強度，能大大提高最終得到的鍛模模具的整體性能要求。
作為再一步優(yōu)化，在所述b和步驟c中，在焊接過程中采用振動方法，控制振動頻
3率，以減少應力集中、細化晶粒。 在上述技術(shù)的所述步驟c中，采用一步噴焊法多層噴熔，避免在噴焊過程中對同 一涂層進行多次重熔操作，防止元素燒損使焊層硬度下降。 在所述步驟b和步驟c中，作為再進一步的優(yōu)化，焊接前模具需預熱，使熔敷金屬 與母材之間降低溫度差的影響，避免從熱影響區(qū)帶來種種缺陷。 經(jīng)過以上步驟得到的工件，焊接強化部位超過一般模具鋼性能，基體材料利用率 高，成本降低，新制鍛件產(chǎn)品開發(fā)周期縮短，工件壽命提高，實現(xiàn)了低成本、低能耗、短時間、 高利用率、高效率、高性能和高效益的制造。 針對目前國內(nèi)現(xiàn)有的鍛模制造技術(shù)狀況，以及堆焊和噴焊自身特點。申請人考 慮到，如果能將堆焊和噴焊技術(shù)結(jié)合起來，復合強化新制模具，則可以減低生產(chǎn)成本，減少 產(chǎn)品報廢率。同時充分利用噴焊與堆焊各自的特點，提高模具基體與焊層的連接強度，改 善模具強度和沖擊韌性，優(yōu)化表層耐磨與抗熱疲勞性能，在工作區(qū)域?qū)拥男阅艹^新制 5CrNiMo、5CrMnMo整體模具的性能。 噴焊技術(shù)對基體輸入熱量小，基體變形小，噴焊速度快，粉末利用率高，噴焊層比 基材有更優(yōu)異的使用性能；設備簡單，投資少，易于推廣使用；設備操作簡單，工藝易于掌 握；工藝適應性強，不受工件批量、形狀、大小的影響，無論是在車間內(nèi)，還是工件使用現(xiàn)場， 都可以噴焊施工，但噴焊厚度一般都只有幾個到十幾個毫米，不能滿足鍛模的要求。
而堆焊相對于噴焊，焊層厚度高，因此申請人考慮，將堆焊層作為基體和表面工作 層的過渡層，有效連接基體模具、提高模具強度和沖擊韌性；將噴焊層作為表面工作層，優(yōu) 化表層耐磨與抗熱疲勞性能。充分利用噴焊和堆焊各自的優(yōu)點，使模具工作區(qū)域?qū)拥男阅?超過新制5CrNiMo、5CrMnMo整體模具的性能。
相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點 1.本發(fā)明創(chuàng)新性地提出了利用堆焊和噴焊相結(jié)合，復合強化處理制造鍛模模具， 強化工作部位。與目前常用的5CrNiMo鍛造模具相比，在型腔部位的綜合機械性能都比較 好。由于采用在模具型腔進行堆噴復合焊優(yōu)化，大大降低了模塊開裂的可能性，模塊基材的 壽命提高，減少換模次數(shù)，減少停機時間，也減輕工人的勞動強度，使設備利用率大大提高。
2.充分利用噴焊與堆焊各自的特點，堆焊和噴焊各梯度功能層，每個梯度層起不 同功效，綜合改善模具性能，提高模具基體與焊層的連接強度，優(yōu)化模具強度和沖擊韌性， 增強表層耐磨與抗熱疲勞性能。 3.堆噴復合焊技術(shù)制備鍛模，一般只在工作部位進行，其它部位不需再加工，與其 他方法相比節(jié)省加工費用。 4、通過對模具型腔的整體焊接可以將一種鍛件的模具改制為另一種鍛件的模具， 充分利用舊模塊無需再開新模。 5、本發(fā)明必將在鍛模制備，材料制備，資源循環(huán)利用等領域具有廣闊的應用價值 和發(fā)展前景。 6、本發(fā)明中，表面強化層采用了噴焊層，由于噴焊層強度和韌性比堆焊層相對較 高，故可更加有效地提高型腔表面強度，故本發(fā)明特別適宜于對型腔表面強度要求更大的 鍛模模具制造。 總之，本發(fā)明提供了一種能同時較好地滿足鍛模模具在強度、硬度、沖擊韌性、表
4層耐磨與抗熱疲勞等各方面的性能要求，同時又可減小生產(chǎn)成本的鍛模制備方法；實現(xiàn)了 低成本、低能耗、短時間、高利用率、高效率、高性能和高效益的制備鍛模模具，對相關行業(yè) 具有無法估量的意義。另外，雖然本方法是一種鍛模模具制造方法，但是本方法還適宜于在 鍛模模具修復時使用，只需將a步驟直接替換為將損壞模具制為同樣形狀的模坯即可。


圖1為本發(fā)明具體實施時a步驟中制得的模具基體截面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明具體實施時用于說明各焊層情況的模具截面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進一步詳細說明。 本具體實施方式
中需制備的鍛模為普通鍛模的下模，待焊截面結(jié)構(gòu)如圖1所示， 其制備方法包括依次執(zhí)行的以下步驟 a.采用新制的5CrNiMo模具作為基體，基體型腔表面預留余量且形成波浪形。如 圖l所示。 b.采用自動氣體保護堆焊工藝，在模具基體型腔表面上進行過渡層堆焊，過渡層 均勻分布。 c.采用一步法噴焊在堆焊過渡層上噴焊自熔性合金粉末，形成表面強化層。該層 強硬度和韌性均比過渡層高，延伸率、收縮率、沖擊韌性和高溫性能良好，為耐磨與抗熱疲 勞性能層，在鍛模模具工作中起主要作用。 d.采用回火緩冷工藝，噴焊完畢立刻進行回爐升溫和緩冷。 e.用電脈沖機床加工成形，或用砂輪打磨的方式進行精加工，使模具的各部分尺 寸到位。 在具體實施時，在上述步驟b的堆焊之前，需對待焊模具進行前處理，包括
1)模具表面清潔處理，清除沙、氧化皮、油污、鐵銹、毛剌等缺陷；
2)整體預熱模具。
在步驟C的噴焊前模具需預熱，噴焊過程中，需 1)采用多層噴熔，控制每層的厚度，避免在噴焊過程中對同一涂層進行多次重熔 的操作。 2)強化過程分多層進行。 整個焊接過程中，模具溫度低于一定溫度時重新裝爐預熱。焊接過程中，邊焊邊用
榔頭用力敲擊模具，令其振動。其中，各堆焊層結(jié)構(gòu)如圖2所示，圖中，A為堆焊過渡層，B為
表面噴焊強化層，C為模具實際型腔輪廓線，D為鍛模模具基體。 上述步驟d是用于完成焊后熱處理，具體實施時包括 1)去應力回火焊接完畢立刻進行回爐升溫和保溫，確保模具熱透。
2)緩冷去應力回火后，模具在保溫沙坑中放置一段時間進行緩冷。
3)空冷模具完成緩冷后，進行空冷至室溫。 經(jīng)上述步驟d后得到的模具最終再經(jīng)步驟e進行機械加工，最終制得完整鍛模成 品。其成品模具無裂紋、夾雜等缺陷。第一層堆焊過渡層A與基體材料結(jié)合良好，力學性能
5指標比5CrNiMo調(diào)質(zhì)處理后好，起到過渡連接作用，同時強化基體模具，強硬度適中，延伸 率、收縮率、沖擊韌性和高溫性能良好，起到改善模具型腔強硬性、韌性的目的。表面噴焊層 B耐磨與抗熱疲勞性能良好。通過各梯度功能層，綜合改善5CrNiMo鍛造模具，提高其工作 區(qū)域強度、韌性等性能，延長使用壽命，可以代替目前常用的鍛模模具。在本鍛模實際實驗 中，模具壽命可提高70%以上，減少了換模次數(shù)，減少了停機時間，提高了設備利用率，降低
了模具成本。 另外，具體實施時，本方法還適宜于在鍛模模具修復時使用，只需將a步驟直接替 換為將損壞模具制為同樣形狀的模坯，其他步驟不變即可。
權(quán)利要求
一種鍛模堆噴復合焊制備方法，其特征在于包括依次執(zhí)行的以下步驟a、鍛造出鍛?；w并調(diào)質(zhì)處理，基體型腔處預留余量；b、采用自動氣體保護堆焊工藝，在基體型腔表面上堆焊出均勻分布的堆焊層，該堆焊層作為過渡層；c、采用一步噴焊法在過渡層表面噴焊自熔性合金粉末，形成表面強化層；d、采用回火緩冷工藝，噴焊完畢立刻進行回爐升溫并緩冷；e、精加工，令模具型腔各部分尺寸到位。
2. 如權(quán)利要求1所述的鍛模堆噴復合焊制備方法，其特征在于，所述步驟a中，基體型 腔表面制為波浪形。
3. 如權(quán)利要求1所述的鍛模堆噴復合焊制備方法，其特征在于，所述步驟b和步驟c 中，在焊接過程中采用振動處理方法。
4. 如權(quán)利要求l所述的鍛模堆噴復合焊制備方法，其特征在于，所述步驟c中為多層噴熔。
5. 如權(quán)利要求1所述的鍛模堆噴復合焊制備方法，其特征在于，所述步驟b和步驟c 中，焊接前模具需預熱。
全文摘要
本發(fā)明針對目前國內(nèi)現(xiàn)有的鍛模制造技術(shù)現(xiàn)狀，結(jié)合了堆焊和噴焊自身特點，創(chuàng)造性地提出了一種鍛模堆噴復合焊制備方法，包括以下步驟a、鍛造出鍛?；w并調(diào)質(zhì)處理，基體型腔處預留余量；b、采用自動氣體保護堆焊工藝，在具體型腔表面上堆焊出均勻分布的堆焊過渡層；c、采用一步噴焊法在過渡層表面形成表面強化層；d、采用回火緩冷工藝，噴焊完畢立刻進行回爐升溫；e、精加工，令模具型腔各部分尺寸到位。本發(fā)明與現(xiàn)有的鍛模模具制備方法相比，減低了生產(chǎn)成本，減少了產(chǎn)品報廢率。同時提高了模具基體與焊層的連接強度，改善模具強度和沖擊韌性，優(yōu)化表層耐磨與抗熱疲勞性能，性能超過新制5CrNiMo、5CrMnMo整體模具的性能。
文檔編號C23C4/06GK101767268SQ20101010239
公開日2010年7月7日 申請日期2010年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月28日
發(fā)明者盧順, 周杰 申請人:重慶杰信模具有限公司