一种对K403铸造高温合金等温锻造模具进行局部修复的方法技术

本发明专利技术属于高温合金模具修复技术领域，涉及一种对K403铸造高温合金等温锻造模具进行局部修复的方法。通过结合新兴的3D打印及PVD两种技术修复K403铸造高温合金等温锻造模具锁扣关键部位进行修复，可以实现该部位在950℃～1000℃工作温度条件下制造钛合金等温锻造叶片的模具耐用性及寿命提高目标，大大降低模具制造成本，提高生产效率。提高生产效率。提高生产效率。

【技术实现步骤摘要】
一种对K403铸造高温合金等温锻造模具进行局部修复的方法


[0001]本专利技术属于高温合金模具修复
，涉及一种对K403铸造高温合金等温锻造模具进行局部修复的方法。

技术介绍

[0002]等温锻造钛合金锻件的模具材料一般为K403铸造高温合金，该合金用多种金属元素综合强化，具有较高的高温强度，在1000℃、100h的持久强度可达150MPa，该合金含CO量少，价格较便宜，但中温塑性低，耐热腐蚀性能较差。K403合金等温锻造模具在使用过程中由于需要经历多次升温、降温等温度冷热循环极易导致局部产生裂纹。生产钛合金等温锻造叶片模具材料一般选用K403，模具工作温度约为940℃，锻造过程中模具锁扣承受侧向力约150MPa，工况条件十分恶劣。该模具的关键部位锁扣在高温(950℃～1000℃)、高压(150MPa)条件下易产生磨损进而导致锁扣间隙增大影响最终等温锻造叶片成品合格率。采用传统堆焊方式对磨损部位进行焊接性能较差，同时采用手工焊接工艺一致性及稳定性较差，在焊接过程中容易出现焊接裂纹及热影响区，特别在叶片用模具锁扣承力部位进行修复后技术风险较大。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：提供一种对K403铸造高温合金等温锻造模具进行局部修复的方法。
[0004]技术方案：
[0005]一种对K403铸造高温合金等温锻造模具进行局部修复的方法，包括：
[0006]步骤1选用K403铸造高温合金铸锭，将铸锭进行500～600℃退火，退火时间为8～12h，充分消除铸锭残余内应力，将退火后的棒材扒皮、切除缩孔区域并对端面倒圆至R5～R10，制成母合金自耗电极棒；
[0007]步骤2将K403母合金自耗电极棒放入气体雾化室，制得粒度为50～100um的粉末；
[0008]步骤3对模具锁扣磨损部位进行抛光至Ra1.6；
[0009]步骤4采用3D打印的激光熔覆工艺对模具锁扣磨损处进行铺层修复，工作波段参数设置为800～1200nm，光斑直径设置为0.4～1.2mm，选用激光功率为5～10kW的激光功率器，设置自动变焦模式，将制成的粉末铺层打印至模具锁扣表面；
[0010]步骤5将3D打印铺粉完成的模具进行300～500℃去应力退火，退火时间为6～12h；
[0011]步骤6将退火后的模具进行吹砂，去除模具表面杂质异物；
[0012]步骤7将吹砂后的模具放入数字式超声波清洗箱进行超声波清洗3～5h，槽液加热温度为30～100℃，超声频率设置为30～80kHz,清洗时间为2～5h；
[0013]步骤8选用CHA
‑
600型电子束蒸发台，将清洗干净的模具送入磁射成膜室，真空度设置为1.3
×
10
‑
4Pa以下，溅射速度设置为7000～10000A/min，模具预热温度为100～200℃，靶材
‑
基距设置为100～200px,溅射时间为20～60min,真空度为0.1～1.5Pa，溅射角设置为3～10
°
，对模具修复部位选用耐高温TiAlN靶材进行涂层溅射。
[0014]进一步地，步骤1具体包括：选用规格的K403铸造高温合金铸锭8～10根。
[0015]进一步地，还包括：
[0016]步骤9将3D打印修复及PVD溅射涂层后的模具放入模具加热炉进行加热，加热温度为950～1000℃，加热时间为15～24h；
[0017]步骤10利用加热好的模具对钛合金叶片进行等温锻造验证模具修复性能。
[0018]进一步地，TiAlN涂层的厚度小于0.3mm。
[0019]进一步地，3D打印的修复层厚度2mm。
[0020]进一步地，步骤2具体包括：选用PREP
‑
24000制粉设备，雾化室压力设置为100～160KPa，设备功率设置为150～200KW，电极棒转速设置为10000～25000r/min，工作电流强度设置为1000～2500A，等离子枪与电极棒间距设置为30～100mm，通入惰性保护气体。
[0021]进一步地，步骤5具体包括：放入箱式退火炉退火。
[0022]进一步地，选用离心浇铸方式制成的铸锭。
[0023]有益效果：
[0024]针对配套钛合金等温锻造叶片的K403铸造高温合金等温锻造模具，其关键部位锁扣在高温、高压条件下长期使用出现的磨损、氧化及腐蚀难题，采用传统焊接技术难以保障模具的使用寿命及稳定性，同时模具单套制造成本高、制作周期长，难以有效保障生产进度目标。
[0025]本专利技术通过结合新兴的3D打印及PVD两种技术修复K403铸造高温合金等温锻造模具锁扣关键部位进行修复，可以实现该部位在950℃～1000℃工作温度条件下制造钛合金等温锻造叶片的模具耐用性及寿命提高目标，大大降低模具制造成本，提高生产效率，为高温高压条件下使用的等温锻造模具快速修复提供新的技术思路。
附图说明
[0026]图1是本专利技术的对K403铸造高温合金等温锻造模具进行局部修复的方法的原理示意图；
[0027]图2是K403铸造高温合金等温锻造模具装配图。
[0028]其中，1上模、2下模、3模具锁扣。
具体实施方式
[0029]3D打印技术为新兴的快速制造增材加工技术，因其加工技术快速、便捷，可用于特殊工况条件下的模具定制修复。PVD为材料表面处理
新兴技术，采用PVD技术对模具关键部位进行涂覆耐高温涂层可进一步增加模具高温防腐蚀、防氧化使用寿命。
[0030]本申请利用3D打印及PVD两种技术修复K403铸造高温合金等温锻造模具关键锁扣部位，解决K403铸造合金等温锻造模具锁扣局部修复后在高温、高压条件下的模具稳定及耐用性难题，实现服务于等温锻钛合金叶片的模具制造降本增效目标。
[0031]本专利技术特提出一种对K403铸造高温合金等温锻造模具进行局部修复的方法，可以实现实现K403铸造高温合金等温锻造模具关键部位在950℃～1000℃工作温度条件制造钛合金等温锻造叶片的模具耐用性及寿命提高目标。
[0032]一种基于3D打印及PVD联合技术对K403铸造高温合金等温锻造模具锁扣进行局部修复的制造方法，依次按照以下步骤进行：下料—制粉—模具抛光—模具3D打印—去应力退火—吹砂—超声波清洗—PVD沉积高温耐磨涂层—等温锻造试验。
[0033]具体包括如下步骤：
[0034]步骤1选用离心浇铸方式制成规格的K403铸造高温合金铸锭8～10根，将铸锭进行500～600℃退火，退火时间为8～12h，充分消除铸锭残余内应力，将退火后的棒材扒皮、切除缩孔区域并对端面倒圆至R5～R10，制成母合金自耗电极棒；
[0035]步骤2选用PREP
‑
24000制粉设备，将K403母合金自耗电极棒放入气体雾化室，雾化室压力设置为100～160KPa，设备功率设置为150～200KW，电极棒转速设置为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种对K403铸造高温合金等温锻造模具进行局部修复的方法，其特征在于，包括：步骤1：选用K403铸造高温合金铸锭，将铸锭进行500～600℃退火，退火时间为8～12h，充分消除铸锭残余内应力，将退火后的棒材扒皮、切除缩孔区域并对端面倒圆至R5～R10，制成母合金自耗电极棒；步骤2：将K403母合金自耗电极棒放入气体雾化室，制得粒度为50～100um的粉末；步骤3：对模具锁扣磨损部位进行抛光至Ra1.6；步骤4：采用3D打印的激光熔覆工艺对模具锁扣磨损处进行铺层修复，工作波段参数设置为800～1200nm，光斑直径设置为0.4～1.2mm，选用激光功率为5～10kW的激光功率器，设置自动变焦模式，将制成的粉末铺层打印至模具锁扣表面；步骤5：将3D打印铺粉完成的模具进行300～500℃去应力退火，退火时间为6～12h；步骤6：将退火后的模具进行吹砂，去除模具表面杂质异物；步骤7：将吹砂后的模具放入数字式超声波清洗箱进行超声波清洗3～5h，槽液加热温度为30～100℃，超声频率设置为30～80kHz,清洗时间为2～5h；步骤8：选用CHA
‑
600型电子束蒸发台，将清洗干净的模具送入磁射成膜室，真空度设置为1.3
×
10
‑
4Pa以下，溅射速度设置为7000～10000A/min，模具预热温度为100～200℃，靶材
‑
基距设...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶宁，王彦伟，王国强，
申请(专利权)人：陕西宏远航空锻造有限责任公司，
类型：发明
国别省市：