一种提高热锻造模具寿命的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高热锻造模具寿命的方法，模具依次经过锻压、退火、淬火、回火和激光熔覆工艺，本发明专利技术将模具热处理工艺和激光熔覆工艺相结合，形成一套全新的模具热锻造方法，借助热处理工艺消除锻造内应力、细化晶粒，促使模具硬度均匀化，借助激光熔覆工艺形成耐磨性能优异的熔覆层，降低常规磨损对模具寿命的影响，提高模具使用寿命，降低企业经营成本。

A method to improve the life of hot forging die

The invention discloses a method to improve the life of hot forging die. The die is in turn through forging, annealing, quenching, tempering and laser cladding. The invention combines the heat treatment process with the laser cladding process to form a new hot forging method for the die and eliminates the internal stress and fine of the forging with the help of the heat treatment process. With the crystallization of grain, the mould hardness is homogenized and the cladding layer with excellent wear resistance is formed by laser cladding process. The effect of conventional wear on die life is reduced, the service life of the die is improved and the operating cost of the enterprise is reduced.

【技术实现步骤摘要】
一种提高热锻造模具寿命的方法
本专利技术涉及热锻模具加工
，具体而言涉及一种提高热锻造模具寿命的方法。
技术介绍
在机械制造行业，各种热锻模具堪称锻造生产之母。在使用过程中，锻造模具早期内部断裂现象非常严重，有的模具打几十件就出现疲劳裂纹，有的模腔出现坍塌。从锻造现场调查原因了解到以5CrNiMo材料为代表的特种模具钢材每年报废损失有20吨以上，市场经济价值约计32万元，延误工期造成的损失更难以估量。因此，热锻模具寿命较短，一直是锻造行业的一大问题，也是制造企业发展生产的一道难题。多年来，国内外专业工作者为解决上述问题，不断提升热锻模具使用寿命，进行大量的科学研究和广泛的生产实践，例如：不断研制热作模具专用新材料，加强工艺装备，提高模具设计和制造工艺水平，推动了模具制造行业的技术进步，但总体仍不是十分理想。
技术实现思路
本专利技术提供了一种提高热锻造模具寿命的方法。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种提高热锻造模具寿命的方法，模具依次经过锻压、退火、淬火、回火和激光熔覆工艺，具体包括以下步骤：S1：锻压，锻造的初始温度为1200-1300℃，终锻温度不低于800℃，空冷30-60s，若终锻温度过高，易形成粗大晶粒，降低模具力学性能，反之，模具的锻压性能变差；S2：退火，将模具加热至800-820℃，保温4-5h，冷却至380℃以下，出炉，空冷至室温，抽检4个点，硬度为185HB-210HB时，进行步骤S3，反之，重复步骤S2；S3：淬火，将模具加热至850-870℃，保温5-6h，加热过程采用梯度升温方式，出炉，冷却至750-780℃，将模具置于淬火油，油冷至180-200℃；S4：回火，回火温度为450-470℃，单次回火时间为6-8h，回火次数不少于1次，相邻两次回火时间不超过4-6h；S5：激光熔覆，熔覆粉末包括5％介孔碳化钨和95％Co基合金粉末，激光器的输出功率为2.5-3kW，扫描线速度为30-35mm/s，送粉速度为25-30g/min。采用大功率激光器和高扫描线速度，在模具表面形成熔池后，激光能够快速远离熔池，熔融的熔覆粉末快速降温，形成晶粒细小的熔覆层，提高了熔覆层的硬度和耐磨性能，此外，在此过程中，激光熔覆对模具的热辐射少，避免产生再热裂纹或气泡，提高模具的使用寿命。专利技术人在长期实践中发现：热锻模具在使用过程中，由于长期在高温下承受反复的机械和交变载荷，模腔表面温度达500℃以上时，模具容易产生热疲劳裂纹、高温氧化、高温磨损等，导致局部位置失效，而高温磨损是热锻模具主要失效形式，因此，改善模具高温磨损性能是提高其使用寿命的关键因素。在此基础上，专利技术人对熔覆粉末、熔覆过程中的工艺参数进行改进，以获得硬度均匀的熔覆层，提高模具的耐高温磨损性能。进一步，所述步骤S3中，在梯度升温过程中，升温速度低于200℃/h，且温度为350℃、540℃、720℃时，保温1-1.5h。进一步，所述步骤S4中，具体包括以下步骤：S41：模具为中小型时，其高度小于375mm，回火次数为1-2次，相邻两次回火时间不超过6h，抽检4个点，硬度为39HB-47HB时，进行步骤S5，反之，重复步骤S4；S42：模具为大型时，其高度超过375mm，回火次数为3-5次，相邻两次回火时间不超过4h，抽检4个点，硬度为32HB-36HB时，进行步骤S5，反之，重复步骤S4。进一步，Co基合金粉末包括以下质量份数配方组分：Fe70-76份、Cr15-17份、Nr5-7份、Mo1.5-1.9份、Mn0.4-0.46份、Nb0.085-0.095份、Co1.11-1.14份、Ti0.03-0.05份。进一步，所述步骤S5中，具体包括以下步骤：S51：清理模具表面；S52：对模具进行切削或磨削，加工量为0.5-3mm，若加工量过大，需要激光熔覆的熔覆层较厚，增加了熔覆成本，具体为：当加工量≤2.0mm时，在模具表面熔覆一层激光熔覆层；当加工量＞2.0mm时，在模具表面熔覆两层激光熔覆层。进一步，所述步骤S5之后还包括机加工，熔覆层的总厚度与加工量之间留有余量，所述余量为0.5-0.8mm，对熔覆后的模具表面进行切削加工，切削加工量与余量相等。专利技术人在长期实践中发现：在距离熔覆层表面0.5-0.8mm处，熔覆层的硬度和耐磨性能明显高于其他区域，因此，熔覆层的总厚度与加工量之间留有余量，即熔覆层高于模具原来表面0.5-0.8mm，通过机加工将硬度和耐磨性能最好的区域作为模具新的表面，明显增加模具的耐磨性能和使用寿命。进一步，所述步骤S5中，激光输出口与模具表面的距离为400-410mm，激光光斑为方形，光斑边长为4.8-5.2mm。本专利技术的有益效果是：1、将模具热处理工艺和激光熔覆工艺相结合，形成一套全新的模具热锻造方法，借助热处理工艺消除锻造内应力、细化晶粒，促使模具硬度均匀化，借助激光熔覆工艺形成耐磨性能优异的熔覆层，降低常规磨损对模具寿命的影响，提高模具使用寿命，降低企业经营成本。2、将介孔碳化钨和基合金粉末进行配比形成新的熔覆粉末，同时，调整熔覆过程中的工艺参数，以达到熔覆层没有裂纹的目的，熔覆层由上到下都由碳化物硬质相组成，硬度均匀。模具在600℃高温下工作时，由于碳化物硬质相的作用，熔覆层的高温耐磨性相比模具基体提高了3倍，且高温磨损形式以氧化磨损为主。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例一：本实施例以热锻造材质为5CrNiMo、高度为260mm的中小型模具为例，模具依次经过锻压、退火、淬火、回火和激光熔覆工艺。一种提高热锻造模具寿命的方法，具体包括以下步骤：S1：锻压，锻造的初始温度为1200℃，终锻温度为800℃，空冷30s。S2：退火，将模具加热至800℃，保温4h，冷却至370℃，出炉，空冷至室温，抽检4个点，硬度为185HB-210HB时，进行步骤S3，反之，重复步骤S2。S3：淬火，将模具进行加热，加热过程采用梯度升温方式，升温速度为180℃/h，且温度为350℃、540℃、720℃时，保温1h，加热至850℃，保温5h，出炉，冷却至750℃，将模具置于淬火油，油冷至180℃。S4：回火，回火温度为450℃，回火时间为6h，回火次数为1次，抽检4个点，硬度为39HB-47HB时，进行步骤S5，反之，重复步骤S4。S5：激光熔覆，熔覆粉末包括5％介孔碳化钨和95％Co基合金粉末，激光器的输出功率为2.5kW，扫描线速度为30mm/s，送粉速度为25g/min，激光输出口与模具表面的距离为400mm，激光光斑为方形，光斑边长为4.8mm，具体包括：S51：清理模具表面；S52：对模具进行切削或磨削，加工量为0.5mm，在模具表面熔覆一层激光熔覆层。S6：机加工，熔覆层的总厚度与加工量之间留有余量，所述余量为0.5mm，对熔覆后的模具表面进行切削加工，切削加工量与余量相等。其中，Co基合金粉末包括以下质量份数配方组分：Fe70份、Cr15份、Nr5份、Mo1.5份、Mn本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高热锻造模具寿命的方法，其特征在于，模具依次经过锻压、退火、淬火、回火和激光熔覆工艺，具体包括以下步骤：S1：锻压，锻造的初始温度为1200‑1300℃，终锻温度不低于800℃，空冷30‑60s；S2：退火，将模具加热至800‑820℃，保温4‑5h，冷却至380℃以下，出炉，空冷至室温，抽检4个点，硬度为185HB‑210HB时，进行步骤S3，反之，重复步骤S2；S3：淬火，将模具加热至850‑870℃，保温5‑6h，加热过程采用梯度升温方式，出炉，冷却至750‑780℃，将模具置于淬火油，油冷至180‑200℃；S4：回火，回火温度为450‑470℃，单次回火时间为6‑8h，回火次数不少于1次，相邻两次回火时间不超过4‑6h；S5：激光熔覆，熔覆粉末包括5％介孔碳化钨和95％Co基合金粉末，激光器的输出功率为2.5‑3kW，扫描线速度为30‑35mm/s，送粉速度为25‑30g/min。

【技术特征摘要】
1.一种提高热锻造模具寿命的方法，其特征在于，模具依次经过锻压、退火、淬火、回火和激光熔覆工艺，具体包括以下步骤：S1：锻压，锻造的初始温度为1200-1300℃，终锻温度不低于800℃，空冷30-60s；S2：退火，将模具加热至800-820℃，保温4-5h，冷却至380℃以下，出炉，空冷至室温，抽检4个点，硬度为185HB-210HB时，进行步骤S3，反之，重复步骤S2；S3：淬火，将模具加热至850-870℃，保温5-6h，加热过程采用梯度升温方式，出炉，冷却至750-780℃，将模具置于淬火油，油冷至180-200℃；S4：回火，回火温度为450-470℃，单次回火时间为6-8h，回火次数不少于1次，相邻两次回火时间不超过4-6h；S5：激光熔覆，熔覆粉末包括5％介孔碳化钨和95％Co基合金粉末，激光器的输出功率为2.5-3kW，扫描线速度为30-35mm/s，送粉速度为25-30g/min。2.根据权利要求1所述的一种提高热锻造模具寿命的方法，其特征在于：所述步骤S3中，在梯度升温过程中，升温速度低于200℃/h，且温度为350℃、540℃、720℃时，保温1-1.5h。3.根据权利要求1所述的一种提高热锻造模具寿命的方法，其特征在于：所述步骤S4中，具体包括以下步骤：S41：模具高度小于375mm时，回火次数为1-2次，相邻两次回火时间不超过6h，抽检4个点，硬...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋承军，石虎，李云海，李永伟，李刚，王俊平，刘和庆，胡敬涛，
申请(专利权)人：山东能源重装集团鲁南装备制造有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37