0:30、65:35、60:40、55:45、50:50。
[0028]本發(fā)明中，若連接部分2采用鎳合金，則模膛功能梯度層部分3采用以SiC與鎳合金復(fù)合的金屬陶瓷材料，該SiC粉末的表面鍍有Ni膜；若連接部分2采用鈷合金，則模膛功能梯度層部分采用以SiC與鈷合金復(fù)合的金屬陶瓷材料，該SiC粉末的表面鍍有Co膜；SiC粉末表面的Ni膜或Co膜都非常薄，計算SiC粉末的質(zhì)量時，Ni膜或Co膜的質(zhì)量也包括在內(nèi)。
[0029]以下以直徑為120mm、高度為80mm、材料為45號鋼的鍛件為例，介紹其熱鍛模的制造工藝。所述熱鍛模的制造工藝具體包括以下幾個步驟:
步驟一:按現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計出直徑為120mm、高度為80mm、材料為45號鋼的鍛件的鍛模工藝與模具圖。
[0030]步驟二:根據(jù)設(shè)計的鍛模工藝與模具圖，用有限元專業(yè)軟件對模具材料為H13、鍛件材料為45鋼的模鍛成形過程進(jìn)行連續(xù)仿真分析，優(yōu)化模鍛的工作節(jié)奏和熱平衡溫度；根據(jù)優(yōu)化后的工作節(jié)奏和熱平衡溫度，獲得鍛模在熱平衡狀態(tài)下的溫度場和應(yīng)力場；鍛模某點(diǎn)應(yīng)力等于H13鋼在該點(diǎn)溫度下的熱疲勞強(qiáng)度，該點(diǎn)為失效臨界點(diǎn)；沿著鍛模型腔曲線，將各個失效臨界點(diǎn)連接起來，形成鍛模的失效曲面，失效曲面與模膛表面之間的區(qū)域?yàn)槭^(qū)域(其它為非失效區(qū)域)；由于模膛不同位置失效區(qū)域的深度不一樣，為了方便加工，將失效曲面中離模膛表面距離最遠(yuǎn)的點(diǎn)作為整個鍛模的失效臨界點(diǎn)，該點(diǎn)到模膛表面的距離為失效深度，本鍛件的鍛模其失效深度約為2mm。
[0031]步驟三，將鍛模在空間上分為基體部分1、連接部分2和模膛功能梯度層部分3，模膛功能梯度層部分3的厚度等于鍛模的失效深度，即2mm ;連接部分2和基體部分I的總厚度為模膛深度減去失效深度，連接部分2介于基體部分I和模膛功能梯度層部分3之間，連接部分2厚度為0.2mm，基體部分I的厚度為非失效深度減去連接部分2厚度；做出整個鍛模的工程圖。
[0032]步驟四，確定基體部分1、連接部分2和模膛功能梯度層部分3的材料:基體部分I采用中耐熱韌性熱作模具鋼H13 ;連接部分2采用Ni60粉末；模膛功能梯度層部分3采用金屬陶瓷粉末(Ni60粉末和表面鍍有Ni膜的SiC粉末混合);模膛功能梯度層部分3根據(jù)其厚度分為10層，每層厚度為0.2mm ;從連接部分2模膛表面部分依次為第一層至第十層，第一層至第十層中，Ni60粉末與表面鍍有Ni膜的SiC粉末的質(zhì)量比依次分別為95:5、90:10、85:15、80:20、75:25、70:30、65:35、60:40、55:45、50:50。
[0033]步驟五，基體部分1、連接部分2和模膛功能梯度層部分3的材料確定后，用常規(guī)方法加工制作基體部分I。
[0034]步驟六，在基體部分I表面噴涂Ni60粉末形成連接部分2，連接部分2的厚度為0.2mmο
[0035]步驟七，在連接部分2上依次噴涂10層如步驟四所述質(zhì)量比的Ni60粉末與表面鍍有Ni膜的SiC粉末，每層厚度為0.2mm ;每疊加一層，均符合相應(yīng)工程圖的形狀和尺寸，得鍛模毛坯。
[0036]步驟八，將鍛模毛坯放入熱等靜壓設(shè)備進(jìn)行熱等靜壓處理，處理溫度為1100°C，壓力為llOMPa，保溫2?3小時。
[0037]步驟九，對熱等靜壓處理后的鍛模表面進(jìn)行打磨拋光處理，直至符合粗糙度要求為止。
[0038]所得功能梯度熱鍛模進(jìn)行的熱鍛工作過程的模擬，熱鍛模的各部分在工作過程中均處于完全的彈性和無疲勞狀態(tài)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種功能梯度熱鍛模，其特征在于，包括基體部分、連接部分和模膛功能梯度層部分，所述基體部分體積占90?99%，基體部分采用中耐熱韌性的熱作模具鋼H13 ;所述連接部分為位于基體部分與模膛功能梯度層部分之間的過渡區(qū)域，連接部分采用合金材料；所述模膛功能梯度層部分采用以SiC與合金復(fù)合的金屬陶瓷材料；所述合金為鎳合金或鈷合金。2.如權(quán)利要求1所述的一種功能梯度熱鍛模，其特征在于，所述連接部分由合金粉末噴涂而成。3.如權(quán)利要求2所述的一種功能梯度熱鍛模，其特征在于，所述模膛功能梯度層部分由SiC粉末與合金粉末混合噴涂而成。4.如權(quán)利要求3所述的一種功能梯度熱鍛模，其特征在于，與連接部分的合金材料對應(yīng)，SiC粉末表面鍍有Ni膜或Co膜。5.如權(quán)利要求3所述的一種功能梯度熱鍛模，其特征在于，所述模膛功能梯度層部分根據(jù)其厚度分層。6.如權(quán)利要求5所述的一種功能梯度熱鍛模，其特征在于，從連接部分到模膛表面，模膛功能梯度層部分的合金粉末所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐層呈階梯式減小，SiC粉末所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐層呈階梯式增加。7.如權(quán)利要求5所述的一種功能梯度熱鍛模，其特征在于，所述模膛功能梯度層部分分為10層，從連接部分至模膛表面依次為第一層至第十層，第一層至第十層中，合金粉末與 SiC 粉末的質(zhì)量比依次分別為 95:5、90:10、85:15、80:20、75:25、70:30、65:35、60:40、55:45、50:50。8.一種如權(quán)利要求1所述的功能梯度熱鍛模的制造工藝，其特征在于，包括以下幾個步驟: 步驟一，根據(jù)具體的鍛件，設(shè)計出鍛模工藝與模具圖； 步驟二，根據(jù)第一歩的設(shè)計結(jié)果，用有限元專業(yè)軟件對模鍛成形過程進(jìn)行連續(xù)仿真分析，獲得鍛模在熱平衡時的溫度場和應(yīng)力場；鍛模某點(diǎn)應(yīng)力與熱作模具鋼H13在該點(diǎn)溫度下的熱疲勞強(qiáng)度相對應(yīng)，則該點(diǎn)為失效臨界點(diǎn)，鍛模的所有失效臨界點(diǎn)形成失效曲面，失效曲面與模膛表面之間的區(qū)域?yàn)槭^(qū)域；為了便于制造，將失效曲線中離模膛表面距離最遠(yuǎn)的點(diǎn)作為整個鍛模的失效臨界點(diǎn)，該點(diǎn)到模膛表面的距離為失效深度； 步驟三，將鍛模在空間上分為基體部分、連接部分和模膛功能梯度層部分，模膛功能梯度層部分的厚度等于鍛模的失效深度；連接部分和基體部分的總厚度等于模膛深度減去失效深度；其中，連接部分介于基體部分和模膛功能梯度層部分之間；作出整副模具的工程圖； 步驟四，確定基體部分、連接部分和模膛功能梯度層部分的材料:基體部分采用中耐熱韌性熱作模具鋼H13 ;連接部分采用鎳合金或鈷合金:模膛功能梯度層部分對應(yīng)采用SiC粉末與鎳合金或鈷合金粉末混合，SiC粉末的表面對應(yīng)鍍有Ni膜或Co膜；將模膛功能梯度層部分分層，從連接部分到模膛表面，模膛功能梯度層部分中合金粉末所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐層呈階梯式減少，SiC粉末所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐層呈階梯式增加； 步驟五，用常規(guī)方法加工制作鍛?；w部分； 步驟六，在鍛?；w部分上噴涂連接部分； 步驟七，在連接部分上制造模膛功能梯度層部分，采用噴涂的方式逐層噴涂混合的合金粉末和表面鍍有Ni膜或Co膜的SiC粉末，每疊加一層，合金粉末的質(zhì)量分?jǐn)?shù)減少，SiC粉末的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加；每疊加一層，鍛模均符合相應(yīng)工程圖的形狀和尺寸，得鍛模毛坯； 步驟八，將鍛模毛坯放入熱等靜壓設(shè)備進(jìn)行熱等靜壓處理； 步驟九，對熱等靜壓處理后的鍛模表面進(jìn)行打磨拋光處理，直至符合粗糙度要求為止。9.如權(quán)利要求8所述的一種功能熱鍛模的制造工藝，其特征在于，在所述的步驟四中，模膛功能梯度層部分的分層由失效深度確定，失效深度越大，層數(shù)越多。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種功能梯度熱鍛模，包括基體部分、連接部分和模膛功能梯度層部分，基體部分體積占90～99%，基體部分采用中耐熱韌性的熱作模具鋼H13；連接部分為位于基體部分與模膛功能梯度層部分之間的過渡區(qū)域，連接部分采用合金材料；模膛功能梯度層部分采用以SiC與合金復(fù)合的金屬陶瓷材料；所述合金為鎳合金或鈷合金。本發(fā)明還公開了一種功能梯度熱鍛模的制造工藝。本發(fā)明的模膛功能梯度層部分采用SiC與鎳合金或鈷合金復(fù)合的金屬陶瓷材料，SiC粉末表面鍍有Ni或Co膜,由于鎳合金和鈷合金都是自熔合金，增強(qiáng)了SiC粉與合金粉末的浸潤性，促進(jìn)了SiC粉末與合金粉末的融合，提高了強(qiáng)度和質(zhì)量，有效延長了熱鍛模的使用壽命。
【IPC分類】B21J13/02, C23C24/02, B23P15/24
【公開號】CN104972046
【申請?zhí)枴緾N201510403877
【發(fā)明人】潘成剛, 雷志斌, 丁紫正, 趙川翔, 周家林, 何鵬, 葉傳龍
【申請人】武漢科技大學(xué)
【公開日】2015年10月14日
【申請日】2015年7月10日