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模具堆焊修複有哪些的優點

模具堆焊修複在歐美國家是模鍛淑女俱乐部普遍采用的模具翻新修複技術,該技術最早應用于航空、航天及軍事領域,後廣泛應用于工業領域,是一種比較成熟的技術。

鍛造模具使用條件苛刻,工作時受力狀態複雜,除了承受較大的壓應力外,還受到熾熱金屬對模具型腔的加熱和劇烈摩擦,冷卻與潤滑時反複的“冷擊”引起的溫度應力,而且同一模具在不同的工作部位承受的作用力不同,受熱時間也有較大的差異,所以模具雖然有脆性裂紋、熱疲勞龜裂、熱磨損、變形等多種失效形式,但大部分模具通常還是以綜合形式失效。傳統的制作工藝中,在模具進行淬火等熱處理時都是以整塊模具爲單位進行的,也就是說,進行淬火時是模塊整體進入淬火池,所以模塊進行淬火後表面的硬度各個部位差別不大,然而模具在工作時不同的工作部位承受的作用力不同,受熱情況也有較大的差異,這時模具就會表現出不同的損壞狀況,例如大部分模具型腔的根部由于壓應力比較集中很容易出現深度裂紋,這就需要降低模具型腔根部的硬度以提高此部位的韌性,而模具飛邊橋或者型腔內凸台等部位受到大量的金屬沖刷極易出現磨損,這就需要提高模具此部位的硬度來增強模具的耐磨性。很多模具對于這種不同部位的硬度要求差別是非常大的,但整體淬火的模具是無法實現這種不同的硬度要求的,而堆焊修複可以根據模具不同的硬度要求選用不同性質的焊材來實現同一塊模具的多種硬度。

 

現在的模具一般都由同一種金屬組成,有的采用“鑲心模”的方式來提高模具型腔的力學性能,雖然這樣能起到一定效果,但無法滿足模具因不同部位受力、受熱不同而需用不同金屬組織的要求,而堆焊修複的方法可以滿足此項要求。下面以較常用的5CrNiMo和某公司代理的X形焊接合金的性能比較來說明。

5CrNiMo模具鋼在使用過程中受坯料加熱的作用會産生碳化物球化現象,這會導致模具在使用過程中一直在軟化,硬度不斷降低,也就是說,5CrNiMo的高溫穩定性不是很好;而X形焊接合金爲單一奧氏體鋼,不存在相變,在500~600℃時組織穩定,模具從開始使用到最後工作完畢硬度變化很小,這就大大增加了模具的耐磨性。

熱鍛模在高溫下工作,要求材料必須具有良好的抗氧化性能。Cr是主要的抗氧化元素,5CrNiMo鋼中僅含有0.7%左右的Cr,模具鋼表面在高溫下形成低含量的氧化膜,這種氧化膜多孔,而且很容易被工件材料所磨掉;而X形焊接合金含有12%左右的的Cr,可以在表面形成致密且防護性良好的以Cr2O3爲主的氧化膜,抗氧化性良好,可顯著增加模具的耐磨性。

 

因爲模具的高度是有限的,所以在下落降面時都希望下落很薄一層就可以見到新的金屬面,這樣不僅機加的成本低,而且還可以增加模具的翻新次數,也就是延長模具的使用壽命。但使用過的模具型腔會呈現出多種損壞形式,尤其是型腔內部的裂紋,它們呈不規則走向,如果降面厚度太小,很難把裂紋徹底清除幹淨,加工後的模具型腔內有裂紋源,下次使用時有裂紋源的部位很快會産生更大的裂紋,造成模具過快失效。如果想徹底清除裂紋,就需要增加降面的厚度,這樣不僅造成加工費用攀升,更重要的是大幅減少了模具可以降面的次數,使模具提前報廢。

    堆焊修複的方法是先用碳弧氣刨沿裂紋的走向把裂紋徹底清除幹淨,再用抗拉強度非常高的焊材比如Y形焊接合金把裂紋焊接修複完畢,再進行降面等後續處理,這樣既可以從根本上解決裂紋的問題,又減小了降面厚度和加工時間。

   模具型腔内的特殊部位比如型腔内的凸出部位因与热坯料接触时间较长、受热快而导致硬度降低快,加之此部位受力较大,极易造成该部位磨损或者塌陷,而模具其他部位完好无损,只是因为该部位的早期失效导致整副模具不能使用。这种情况下,可以通过选用耐高温的红硬性好的焊材比如X形焊接合金局部焊接凸台来延长模具的寿命,因为焊接量非常小,所以焊接修复的成本非常低,用极低的成本可以大大延长模具的寿命。