一种制备超高强度钢板热冲压成形模具的方法技术

本发明专利技术公开了一种制备超高强度钢板热冲压成形模具的方法，利用铸钢作为热冲压成形模具基体，基体已铸造或加工出随形水道，通过在基体层上进行双层金属堆焊，再回火去应力，模具最后机加工成型。通过分析梯度结构强度和冷却最佳效率，寻求冷却水道顶部与模具表面的距离的最优值，以提高热冲压的冷却效率。本发明专利技术提供了一种既能大幅度提高热冲压成形模具工作区域耐磨损、抗变形等能力，提高模具寿命，又可降低模具制造成本，提高热冲压的生产效率的热冲压成形模具的制备方法；实现了低成本、低能耗、短时间、高利用率和高性能的制造和使用模具，具有很广阔的应用前景和科学研究意义。

A Method of Preparing Hot Stamping Die for Ultra-High Strength Steel Plate

The invention discloses a method for preparing a hot stamping forming die for ultra-high strength steel sheet. Cast steel is used as the matrix of the hot stamping forming die. The matrix has been cast or processed into a conformal channel. The die is finally machined and formed by double metal surfacing on the base layer, tempering and stress relief. By analyzing the strength of gradient structure and the optimum cooling efficiency, the optimum distance between the top of the cooling channel and the surface of the die is sought to improve the cooling efficiency of hot stamping. The invention provides a preparation method of hot stamping forming die, which can greatly improve the wear resistance and deformation resistance of the working area of hot stamping forming die, improve the service life of the die, reduce the manufacturing cost of the die and improve the production efficiency of hot stamping, realizes the manufacture and use of the die with low cost, low energy consumption, short time, high utilization rate and high performance, and has a wide range of applications. Application prospect and scientific research significance.

【技术实现步骤摘要】
一种制备超高强度钢板热冲压成形模具的方法
本专利技术涉及一种热冲压成形模具的制备方法，具体涉及一种基于铸钢基体的双层金属堆焊制备热冲压成形模具的方法。
技术介绍
目前，车用高强度和超高强度钢板有着质轻和高强度的特点，在汽车行业中越来越受关注，并己经成为满足汽车减重和增加碰撞性能和安全性能的重要途径。而要想实现高强度或超高强度钢板冲压具有良好的成形性能，离不开热冲压成形工艺。热冲压模具设计是热冲压成形工艺的核心技术，板料的成形和淬火都是热冲压模具中完成，因此热冲压模具不仅要能够满足零件的成形需要，而且还要具有优异的冷却能力，以保证零件获得良好的机械性能和尺寸精度。由此可见，热冲压模具的设计在热成形工艺中占有非常重要的地位，从而也相应的要求热冲压模具拥有更高的耐磨性、耐热疲劳性、耐高温等。然而依靠传统的方法制备热冲压成形模具，即使拥有良好的强硬度、韧性和耐高温等综合性能，能够满足热冲压成形模具工况的要求，但普遍价格很高，制备工艺流程较多，周期较长，而且模具的寿命也不能保证。综上所述，现有的热冲压成形模具中，模具的性能和成本往往不能同时得到很好的满足。能满足热冲压成形模具工况需求的材料价格通常很昂贵，模具制造工艺过程多。因此，寻求一种能满足热冲压成形模具强度、韧性、耐热疲劳性等性能的要求，同时又能减少模具制造成本和提高模具寿命的热冲压成形模具制备的方法，成为了本
亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种既能满足热冲压成形模具在强度、韧性、耐热疲劳性等性能的要求，且制造成本，制造周期短，提高模具寿命的热冲压成形模具制备的方法。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种制备超高强度钢板热冲压成形模具的方法，包括以下步骤：(1)、采用铸钢作为模具基体材料浇注出待焊的模具基体(c)，模具基体(c)铸造出或加工出随形冷却水道(d)，预留堆焊余量厚度；(2)、在待焊模具基体(c)上沿预留堆焊余量处先一次堆焊热传导效率高的强度和韧性稍好的过渡层(b)，焊至模具工作表面厚度为4～6mm；(3)、在过渡层(b)上二次堆焊强化层(a)，所述强化层(a)的厚度在4mm以内；该层强硬度和韧性均比过渡层高，延伸率、收缩率、冲击韧性和高温性能良好，为耐磨与抗热疲劳性能层，在热冲压成形模具工作中起主要作用。强化层采用高温合金材料，在室温和500℃时的力学性能差别不是很大，加热到500℃时，仍能保持很高的硬度。各梯度层结合强度高，强化工作部位对回火脆性并不敏感，从500℃缓慢冷却下来以后，冲击韧性仅稍有降低。堆焊强化部位淬透性好,每个梯度层的断面各部位硬度几乎一致。(4)、将二次堆焊完毕后的模具重复进行两次回火后缓冷工艺，其中回火温度为530℃～570℃，缓冷温度至180℃；这是因为模具在焊接热影响区会产生马氏体、奥氏体等不稳定组织，同时存在较大内应力。并且如果模具冷却速度过快，很容易产生淬硬组织，从而出现裂纹等缺陷。所以堆焊后模具要回火缓冷处理，得到稳定的回火马氏体，提高组织稳定性，使模具在使用过程中不再发生组织转变，从而使其几何尺寸和性能保持稳定。同时消除内应力，以便改善模具的使用性能并稳定其几何尺寸。也提高其延性或韧性，调整模具的力学性能以满足使用要求。为了防止第一类回火脆性的产生，采用了高温回火，即回火温度控制在530℃～570℃；为了防止第二类回火脆性的产生，采用了二次回火缓冷工艺。(5)、将第二次缓冷后的模具放置空气中进行空冷至室温；(6)、对空冷后的模具进行机械加工，使模具各部分尺寸到位。模具堆焊后的部位,具有较高的硬度，一般的机械加工方法无法保证尺寸。堆焊后的模具工作表面很不平整，可先用平面磨床或数控加工的盘刀加工出平面，钳工按图纸要求划线，先用电脉冲机床加工成形，再用数控铣削进行小余量的切削，或直接用砂轮打磨，使模具的各部分尺寸到位。上述步骤(1)中预留7～12mm堆焊余量厚度；对浇注出的待焊模具基体(c)进行在920℃淬火并在650℃回火的处理，并油冷至室温。这样，可消除残余铸态组织，又可使组织不致过热，避免得到退火组织，使其综合机械性能满足产品要求。同时浇注出的模具表面不平整，可增加焊接时焊材与基体材料的结合强度，能大大提高最终得到的锻模模具的整体性能要求。上述步骤(2)中堆焊热传导效率高、强度和韧性稍好的过渡层(b)选用铜合金材料。过渡层能与基体结合良好，提高了铸钢基体的可焊接特性和强度，有效连接基体层与抗热疲劳性能层，降低焊材成本。上述步骤(2)和(3)堆焊前模具预热至450～500℃，堆焊过程中模具温度保持在300℃以上。这样，模具在堆焊时保持一定温度，使熔敷金属与母材之间降低温度差的影响，避免从热影响区带来种种缺陷。如果焊接处不进行预热，由于焊接热的激热剧冷，其结果会使高碳铸钢母材生成马氏体，焊接处淬硬，组织、机械性能变坏，甚至产生裂缝等致命的事故。上述步骤(2)和(3)在堆焊之前对焊模具基体(c)进行表面清洁处理，二次堆焊完成后去除堆焊层表面的氧化皮及焊渣。其中所述表面清洁处理指清除沙、氧化皮、油污、铁锈、毛刺以及铸造缺陷。具体地说可用碳弧气刨去除缩孔，龟裂等铸造缺陷，再用风砂轮枪清除沙、氧化皮、油污又铁锈、毛刺等，清洁模具表面。上述步骤(2)和(3)在堆焊过程中间断性地敲击模具基体(c)令其振动。在堆焊过程中间断性地敲击模具基体(c)令其振动，振动频率为20～40次/分钟。这样可达到使熔敷金属延伸，防止氢脆，细化强化部位晶粒，圆滑棱角，减少应力集中，提高尺寸精度稳定性，消除堆焊表层的微小裂纹和熔渣缺陷，抑制裂纹出现的目的，使堆焊金属疲劳寿命提高。其中细化晶粒不仅可以提高材料的强度，还可以改善其塑性和韧性。使得双层金属堆焊强化过程产生的应力得到较好的释放，令各堆焊层强硬性、韧性结合的更好。将二次堆焊完毕后的模具重复进行两次回火后缓冷工艺，其中回火温度为530℃～570℃，缓冷温度至180℃，将第二次缓冷后的模具放置空气中进行空冷至室温。上述步骤(2)和(3)堆焊时需通CO2、Ar混合气体进行保护，所述气体比例为：Ar80％～90％，CO210％～20％，采取通入CO2、Ar混合气体，可保护熔池和熔滴，将它们与空气隔绝，防止焊缝产生气孔等缺陷。电弧在保护气流的压缩下热量集中，焊接速度较快，熔池较小，热影响区窄，焊件焊后变形小。由于采用了富氩混和气方式，焊接过程中的飞溅也明显减少，提高焊接质量；焊接时焊丝送丝速度为5～8m/min，焊接电流360～440A，焊接电压35～36V。上述参数范围的选取是因为，当焊接电压太低时，有粘连母材的倾向。电压太高，电弧现象明显增加，熔池不稳定，飞溅也增大；焊接电流增加，焊道的熔深、熔宽、余高均随这增加，而稀释率略有下降，但电流过大，飞溅会增加；而随着焊接速度的增加，焊道的熔宽和余高减小，熔深和稀释率增加，焊速过高，会使电弧发生率增加，为控制一定的稀释率，保证堆焊层性能，焊接速度一般控制在5～8m/min。合适的焊接参数，可稳定熔池，防止飞溅，控制稀释率等，提高得到的堆焊层性能。选用的普通铸钢经过淬火十回火处理后，显微组织为回火索氏体和少量贝氏体。常温下表面硬度20～3OHRC左右，高温条件下硬度及冲击韧性下降严重，淬透性、高温强度、耐本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备超高强度钢板热冲压成形模具的方法，包括以下步骤：(1)、采用铸钢作为模具基体材料浇注出待焊的模具基体(c)，模具基体(c)铸造出或加工出随形冷却水道(d)，预留堆焊余量厚度；(2)、在待焊模具基体(c)上沿预留堆焊余量处先一次堆焊热传导效率高的强度和韧性稍好的过渡层(b)，焊至模具工作表面厚度为4～6mm；(3)、在过渡层(b)上二次堆焊强化层(a)，所述强化层(a)的厚度在4mm以内；(4)、将二次堆焊完毕后的模具重复进行两次回火后缓冷工艺，其中回火温度为530℃～570℃，缓冷温度至180℃；(5)、将第二次缓冷后的模具放置空气中进行空冷至室温；(6)、对空冷后的模具进行机械加工，使模具各部分尺寸到位。

【技术特征摘要】
1.一种制备超高强度钢板热冲压成形模具的方法，包括以下步骤：(1)、采用铸钢作为模具基体材料浇注出待焊的模具基体(c)，模具基体(c)铸造出或加工出随形冷却水道(d)，预留堆焊余量厚度；(2)、在待焊模具基体(c)上沿预留堆焊余量处先一次堆焊热传导效率高的强度和韧性稍好的过渡层(b)，焊至模具工作表面厚度为4～6mm；(3)、在过渡层(b)上二次堆焊强化层(a)，所述强化层(a)的厚度在4mm以内；(4)、将二次堆焊完毕后的模具重复进行两次回火后缓冷工艺，其中回火温度为530℃～570℃，缓冷温度至180℃；(5)、将第二次缓冷后的模具放置空气中进行空冷至室温；(6)、对空冷后的模具进行机械加工，使模具各部分尺寸到位。2.根据权利要求1所述一种制备超高强度钢板热冲压成形模具的方法，其特征在于：所述步骤(1)中预留7～12mm堆焊余量厚度；对浇注出的待焊模具基体(c)进行在920℃淬火并在650℃回火的处理，并油冷至室温。3.根据权利要求1所述一种制备超高强度钢板热冲压成形模具的方法，其特征在于：所述步骤(2)中堆焊热传导效率高、强度和韧性稍好的过渡层(b)选用铜合金材料。4.根据权利要求1所述一种制备超高强度钢板热冲压成形模具的方法，其特征在于：所述步骤(2)...

【专利技术属性】
技术研发人员：李永革，周杰，刘雪飞，汪义高，向科军，张建生，赵勇，
申请(专利权)人：重庆江东机械有限责任公司，重庆杰品科技股份有限公司，重庆佛斯坦智能装备有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆,50