冲裁模堆焊耐磨合金的方法及可行性

合金堆焊冲裁模是以普通碳钢为模具的基体，在刃口部分堆焊耐磨合金作为冲裁的刃口，经过一定的处理后，能满足冲裁要求的一种模具制造工艺方法。
这种方法的主要特点如下所述。
(1)简化模具结构 对于大型模具的制造来说，采用堆焊代替拼合结构，可以减少制造工序，缩短制造周期。
(2) 节省合金等贵重材料，模具的基体可以重复使用当刃口堆焊合金磨损后，可经退火将合金层车掉，重新进行修补堆焊，从而降低了成本。
(3) 延长模具的使用寿命与高碳、高铬合金相比较，两者使用寿命的差别不大。(4)堆焊工艺简单 合金堆焊冲裁模是模具制造中的一种先进工艺。
1.焊材的选择及使用范围
(1)焊材的选用： 用于堆焊冲裁模的焊材，应具有良好的焊接性能、机械加工性能及热处理性能，堆焊金属与基体金属能很好地熔合，有足够的剪切强度、硬度、耐磨性及冲击韧度，并且不易产生气孔、裂纹及夹渣等阻碍冲裁的缺陷。根据以上要求，选用了湖南智者新材料科技有限公司的特种高熵合金喷焊粉，这是一种高强度焊粉，即使在高温下也能保持足够的硬度和抗疲劳性能。焊粉中含有钛、锆、铪、钇、铝、钒、钨、铬、钼、铁、镍、钴、硼、硅等元素，能有效改善焊接质量和合金组织性能。如钒在焊接过程中，是一-种良好的脱氧剂，除氮能力很强，极易生成钒的化合物，改善碳化物在钢中的分布，加热时能阻止晶粒长大，提高合金密度;铬在堆焊时是脱氧剂，能增强合金的耐磨性和耐腐蚀性;钼和钨能阻止合金晶粒长大，减少脆性和应力的敏感性，提高合金强度和冲击韧性；钛、锆、铪能提供高温强度；铝能改善韧性。
(2)采用PTA等离子粉末堆焊工艺，堆焊电流135-175A。
2.冲模基体材料
 在堆焊时，由于熔池温度高，各部位受热和冷却不均勾，造成熔敷金属组织的差异较大，应力分布也极为复杂。
 结晶时碳的化合物容易形成网络，从而降低了塑性， 增加了合金对冷却速度的敏感性。如果基体金属中碳含量低，则塑性较好，过渡区的网状碳化物较少，承受应力的能力就相应较大。但是碳含量过低，过渡区的耐磨性和硬度差，则堆焊的合金厚度就要增加。其实， 堆焊低碳的基体时，在过渡区的反应并不好。所以对冲模基体的材料一般可取45中碳结构钢或Q235钢。
3.堆焊工艺过程
(1)焊前准备：首先，要根据冲模使用的尺寸要求，对基体进行粗加工，一般内、外圆要留出3m的余量:厚度方向留出2mm的变形量。
 模具堆焊前须进行清理，使刃口部分无污物、铁锈、杂质等，然后进炉预热，使模体温度达到450~500度，然后保温1~2h准备施焊。
 焊前，焊粉须经120度烘干2h,放到保温炉中待用。然后将模具放在可以水平或垂直方向旋转的回转工作台上进行堆焊。
(2)堆焊过程：按照前述规范参数进行PTA等离子粉末堆焊。焊粉采用螺旋式摆动轨迹，次序是由里向外，每堆焊-一层，要清渣一次，连续堆焊完成，间隔时间不要超过10min。
 堆焊完成后，最好立即送人炉理中回火，回火时间最长不要超过8h。回火后堆焊层硬度为54~58HRC。
(3)半精加工：将堆焊后的合金部分进行粗磨，检查堆焊金属无气孔、裂纹或夹渣等缺陷。一般非工作面部分允许有极小或极细的裂纹或气孔，如缺陷较大时，则需要修补。修补时，先将冲模预热到300度左右。

(4) 焊后热处理规范：冲模的性能主要取决于焊后的热处理。模具处理必须进行退火、淬火和回火，经热处理后硬度可从54 -58HRC提高到56 ~ 62HRC。在承受较大的冲击应力下，也不会引起开裂。
 退火一般在箱式炉中加热到860 -870度，保温2-3h; 再降到120 -740度，在奥氏体不稳定区域保温3~4h,然后空冷到室温(或炉冷到400度左右，再空冷)，退火后的硬度为23~25HRC。
 然后进行淬火和回火处理，其规范为:第一次预热到860 ~ 870度，最后升温到1240 ~1260度，保温时间按有效厚度9- 11h/ mm计算，保温后风冷到900度左右淬入植物油中。回火2-3次，时间均为1h,回火后的硬度为56 ~ 60HRC。
4.缺陷及防止方法
(1)表面成分不均、硬度不一致这种缺陷一般是由焊粉或工件预热不充分或堆焊规范选择不当所造成的。防止方法:要预热好焊粉;堆焊前模体应充分预热;选择适当的堆焊工艺规范。
(2)气孔一 般发生在合金内部，是堆焊过程中熔池的化学反应产生一氧化碳、氧、氮、氢等气体造成的。焊粉受潮，产生的气孔就会更多，堆焊件表面有油或电流过大，也会产生气孔。
 防止方法是在焊前按规范烘干焊粉;堆焊表面保持清洁:电流要适当，每焊完一层，须检查一遍，发现气孔随时补焊。
(3)夹渣产生原因是:堆焊时造渣性能不好:焊接表面不清洁或清渣不彻底。如有夹渣时，及时补焊。
(4)裂纹由于模体为高碳钢，碳含量较高，塑性较差。在过渡区容易形成较多的碳化物网络，加大了对应力的敏感性。冷却不均匀或冷却速度太快，也是产生裂纹的重要因素。尤其是存在气孔或夹渣的地方，应力最容易集中，也极容易产生裂纹。防止方法是采用碳含量低、塑性较好的材料作为模体;堆焊件断面形状设计要合理;焊后放在热砂中缓冷或及时回火处理。在未进行回火处理之前，不可受激烈的振动或冲击等。
(5) 过热或过烧堆焊时熔池温度很高，基体金属、过渡层，都可能因过热而产生粗晶，降低力学性能，严重时甚至使组织过烧，产生脱落。尤其在补焊时，更容易产生烧损。所以在堆焊时不要使用较大的焊接电流。

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