热作模具修复

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1、热 锻 模 具 堆 焊 修 复 工 艺 研 究李 永 存 （ 北 京 佳 倍 德 工 程 技 术 有 限 公 司 ）在 较 大 高 温 冲 击 力 、 金 属 流 动 的 强 烈 摩 擦 力 及 交 变 载 荷 作 用 下 ,热 锻 模 具 型 腔 容 易 因 塑 性 变 形 、 网 状 疲 劳 裂 纹 、 热 磨 损 而 导 致 失 效 。通 常 采 取 的 措 施 是 对 模 具 进 行 翻 新 处 理 ,即 对 失 效 模 具 退 火 后 进 行 模面 下 沉 、 型 腔 粗 加 工 等 ,再 进 行 热 处 理 淬 火 +回 火 ,最 后 精 加 工 成 形 。退 火 后 模 具 硬

2、度 的 降 低 有 利 于 模 面 下 沉 及 粗 加 工 ,而 退 火 后 的 组 织 趋于 平 衡 状 态 可 以 减 小 热 处 理 裂 纹 发 生 ;但 模 面 下 沉 的 尺 寸 是 有 限 的 ,当 模 具 高 度 降 到 一 定 程 度 就 不 能 使 用 而 只 能 报 废 ,而 有 些 模 具 高 度 要求 为 定 值 不 能 下 沉 ,失 效 后 就 直 接 报 废 ;粗 加 工 后 的 翻 新 模 具 在 热 处理 时 很 容 易 出 现 裂 纹 而 报 废 。 由 此 可 知 ,即 使 一 切 工 序 顺 利 ,翻 新 一 副模 具 也 需 要 较 多 费 用 和 较

3、长 时 间 。 采 用 佳 倍 德 GD-系 列 焊 材 对 失 效 型腔 进 行 堆 焊 修 复 则 要 简 单 许 多 ,去 除 模 具 型 腔 的 疲 劳 层 及 裂 纹 而 进 行堆 焊 ,堆 焊 修 复 的 型 腔 硬 度 高 达 5152HRC,可 以 直 接 进 行 精 加 工 ,从 而大 大 提 高 模 具 寿 命 ,降 低 制 造 费 用 。1 试 验 材 料 与 方 法1.1 试 验 材 料 选 用 材 料 为 5CrNiMo、 外 形 几 何 尺 寸 为 800mmx500mm x 300mm 的 型 腔 失 效 模 具 作 为 试 验 材 料 ,堆 焊 修 复 采 用

4、规 格 为1.6mm、 牌 号 为 佳 倍 德 GD-450 及 佳 倍 德 GD-650 的 两 种 佳 倍 德 GD-系列 电 焊 条 。 模 具 材 料 的 化 学 成 分 分 别 见 表 1、 表 2、 表 3 所 示 ,模 具 型腔 局 部 如 图 1 所 示 。表 一 ： 模 具 化 学 成 分表 二 ： 佳 倍 德 GD-450 焊 丝 成 分表 三 ： 佳 倍 德 GD-650 焊 丝 成 分1.2 试 验 方 法 用 8mm碳 棒 气 刨 去 除 8mm厚 的 模 具 型 腔 疲 劳 层 及裂 纹 ,将 型 腔 尖 角 打 磨 圆 滑 ,最 重 要 的 是 磨 去 气 刨 渗

5、 碳 层 ,检 查 模 具 型腔 硬 度 为 3840HRC。 将 清 理 好 的 模 具 放 入 电 炉 中 ,预 热 到 450 ,保 温10h,升 温 速 度 不 超 过 93 /h， 将 预 热 好 的 模 具 快 速 转 移 到 堆 焊 的 指定 位 置 ,立 即 用 保 温 棉 包 住 模 具 的 四 周 及 上 部 ,留 出 待 堆 焊 的 型 腔 区域 ,在 模 具 下 面 用 天 然 气 加 热 保 持 温 度 在 450 左 右 。 用 1.6mm 的 佳倍 德 GD-450焊 材 电 焊 条 ,在 350 保 温 1h后 采 用 200A左 右 的 直 流 电进 行 模

6、具 型 腔 堆 焊 ,焊 接 接 头 搭 接 以 超 过 1/3 为 宜 ,每 焊 一 层 用 风 镐对 焊 道 进 行 敲 击 。 当 焊 层 厚 度 达 到 5mm 时 ,采 用 1.6mm 的 佳 倍 德GD-650 焊 材 电 焊 条 在 200A 左 右 电 流 下 以 同 样 的 方 式 进 行 焊 接 ,直 到堆 满 整 个 型 腔 ,在 温 度 450 保 温 3h,缓 冷 到 室 温 。 按 以 下 工 艺 对 模 具进 行 两 次 回 火 :将 模 具 放 入 回 火 炉 中 ,升 温 速 度 不 超 过 93 /h,升 温 到550 ,保 温 10h,炉 冷 至 200

7、,再 将 模 具 取 出 用 保 温 棉 全 部 盖 住 缓 冷至 室 温 。 回 火 工 艺 曲 线 见 图 2。 检 查 型 腔 表 面 硬 度 5152HRC。2 试 验 及 结 果 分 析2 1 佳 倍 德 GD-热 锻 模 具 焊 材 特 性 分 析 热 锻 模 具 的 堆 焊 材 料 选择 很 重 要 ,要 求 堆 焊 材 料 具 有 很 好 的 热 强 度 、 热 硬 性 、 热 疲 劳 性 、 热蠕 变 性 及 抗 氧 化 性 、 抗 气 体 腐 蚀 性 等 1。 佳 倍 德 GD-系 列 焊 材 佳 倍德 GD-450,佳 倍 德 GD-650与 国 内 模 具 材 料 5C

8、rNiMo相 比 较 ,具 有 较 低C 含 量 ,较 高 Cr、 Mo 含 量 ,少 量 稀 土 元 素 含 量 的 特 点 ,而 佳 倍 德 GD-650还 具 有 较 高 V 含 量 。 较 低 C 含 量 ,获 得 低 碳 马 氏 体 有 较 好 的 综 合 机 械性 能 ;较 高 Cr 含 量 ,Cr 固 溶 于 马 氏 体 中 可 以 提 高 钢 的 抗 回 火 能 力 ;较高 Mo含 量 既 可 以 提 高 钢 的 热 强 性 又 可 以 防 止 第 2类 回 火 脆 性 ;较 高 V含 量 能 降 低 钢 的 过 热 敏 感 倾 向 ,还 可 以 产 生 足 够 的 二 次 硬

9、 化 效 应 ;稀土 元 素 能 提 高 钢 的 综 合 性 能 。 佳 倍 德 GD-450 堆 焊 后 的 硬 度 可 达 到4246HRC,而 佳 倍 德 GD-650 堆 焊 后 的 硬 度 可 到 达 5054HRC。佳 倍 德 GD-系 列 模 具 焊 材 佳 倍 德 GD-450,佳 倍 德 GD-650 与 模 具材 料 5CrNiMo的 主 要 化 学 元 素 C,Cr,Ni,Mo相 同 ,所 以 它 们 之 间 的 融 合性 较 好 ,在 焊 接 的 熔 融 状 态 下 通 过 原 子 的 迁 移 和 扩 散 能 使 两 者 之 间 形成 比 较 稳 定 的 焊 合 区2.

10、2 工 艺 及 结 果 分 析 通 过8mm 碳 棒 气 刨 去 除 8mm 厚 的 模 具 型 腔 疲 劳 层 及 裂 纹 ,碳 棒 在 气 刨过 程 中 会 将 碳 渗 到 基 体 里 引 起 模 具 的 化 学 成 份 变 化 ,随 后 采 用 砂 轮 将渗 碳 层 打 磨 干 净 ,检 查 型 腔 表 面 的 硬 度 为 3840HRC。 低 硬 度 的 模 具 型腔 在 使 用 过 程 中 很 容 易 变 形 和 开 裂 ,热 锻 模 具 型 腔 外 层 需 要 具 备 较 高的 硬 度 和 强 度 、 较 小 的 摩 擦 系 数 才 能 保 证 不 变 形 并 取 得 较 好 的

11、脱 模 效果 ,根 据 实 际 情 况 硬 度 为 5152HRC较 合 适 ,选 用 焊 材 佳 倍 德 GD-650焊丝 可 以 满 足 该 要 求 ;由 于 外 层 和 基 体 硬 度 差 距 太 大 ,在 冲 击 力 的 作 用下 外 层 很 容 易 剥 落 ,因 此 中 间 需 要 硬 度 为 4246HRC 的 一 层 作 为 过 渡层 ,选 用 焊 材 450E 能 满 足 过 渡 层 材 料 硬 度 要 求 。焊 条 在 350 保 温 1h 能 烘 干 结 晶 水 以 免 在 堆 焊 时 产 生 气 孔 。 模具 焊 前 预 热 450 保 温 10h及 焊 后 450 保

12、温 3h再 缓 冷 到 室 温 可 以 减少 焊 缝 区 焊 件 其 它 部 分 的 温 差 2,降 低 焊 缝 区 的 冷 却 速 度 使 焊 件 能较 均 匀 地 冷 却 下 来 ,从 而 减 少 焊 接 应 力 ;模 具 堆 焊 过 程 中 进 行 加 热 保温 使 层 间 温 度 不 低 于 预 热 温 度 但 也 不 能 高 于 预 热 温 度 30 以 上 及 每焊 一 层 用 风 镐 对 焊 道 进 行 敲 击 是 为 了 减 小 焊 接 应 力 ,这 样 ,通 过 减 小焊 接 应 力 可 以 有 效 地 防 止 裂 纹 产 生 。 堆 焊 层 经 受 的 热 循 环 比 一

13、般 焊 缝复 杂 得 多 ,因 为 堆 焊 是 多 道 焊 和 多 层 焊 ,后 续 的 焊 道 使 先 焊 的 焊 道 反复 多 次 受 热 ,复 杂 的 热 循 环 使 堆 焊 层 的 化 学 成 分 和 金 相 组 织 变 得 很 不均 匀 ,所 以 ,选 用 合 理 的 手 工 电 弧 堆 焊 工 艺 参 数 尤 为 重 要 ,规 格 1.6mm的 佳 倍 德 GD-450,佳 倍 德 GD-650 焊 材 选 用 直 流 电 200A 效 果 较 好 ,电流 太 大 、 电 弧 太 长 会 增 加 合 金 元 素 的 烧 损 。由 于 堆 焊 过 程 中 堆 焊 层 已 经 形 成

14、了 马 氏 体 及 下 贝 氏 体 ,所 以 堆 焊后 需 要 进 行 回 火 处 理 。 回 火 工 艺 为 550 保 温 10h、 炉 冷 到 200 ,再将 模 具 取 出 、 用 保 温 棉 全 部 盖 住 缓 冷 至 室 温 。 回 火 处 理 不 仅 能 减 小 堆焊 时 的 热 应 力 及 组 织 应 力 ,更 主 要 的 是 在 堆 焊 层 进 行 了 系 列 的 组 织 转变 ,能 形 成 具 有 较 高 硬 度 和 强 度 的 稳 定 组 织 。 堆 焊 层 里 的 强 碳 化 合 物形 成 元 素 (Cr,Mo,V)与 碳 的 结 合 力 比 Fe 与 碳 的 结 合

15、力 强 ,增 大 了 碳 原子 在 马 氏 体 中 的 扩 散 的 激 活 能 ,阻 碍 了 碳 原 子 在 马 氏 体 中 的 扩 散 ,所以 减 慢 了 马 氏 体 的 分 解 速 度 ,在 550 马 氏 体 才 能 分 解 终 了 。 马 氏 体分 解 结 束 后 组 织 应 力 就 减 少 了 ,在 550 热 应 力 也 降 低 了 ,从 而 有 效 避免 了 裂 纹 产 生 。 回 火 过 程 中 ,Cr,Mo,V 阻 碍 相 中 碳 含 量 降 低 和 碳 化 物颗 粒 长 大 ,在 550 仍 然 可 以 保 持 相 具 有 一 定 的 饱 和 碳 浓 度 和 细 小 碳化

16、物 ;同 时 这 些 合 金 元 素 扩 散 能 力 很 低 ,形 成 的 特 殊 碳 化 物 弥 散 度 极高 ,又 与 相 保 持 共 格 性 联 系 ,产 生 “ 二 次 硬 化 ” ,从 而 使 堆 焊 层 具 有较 高 的 硬 度 和 较 高 强 度 。 进 行 第 2次 回 火 使 堆 焊 层 应 力 得 到 更 完 全 地消 除 ,组 织 转 变 更 彻 底 ,形 成 的 组 织 更 稳 定 ,更 充 分 有 效 地 发 挥 佳 倍 德GD-600 焊 材 的 性 能 .堆 焊 修 复 后 的 模 具 型 腔 硬 度 表 面 为 5152HRC、 中 间 过 渡 层 为4246HRC、 基 体 为 3840HRC,三 者 之 间 保 持 一 定 的 硬 度 梯 度 ,因 此 它既 具 有 较 好 热 强 度 、 热 硬 性 、 热 疲 劳 性 又 能 承 受 较 大 的 冲 击 载 荷 ,从而 疲 劳 寿 命 得 到 提 高 ,实 际 使 用 过