[发明专利]一种用于热冲压的高耐磨性模具钢制品及其增材制造工艺

说明书

本发明提供一种用于热冲压的高耐磨性模具钢制品及其增材制造工艺，包括上下设置的熔覆层和基体，所述熔覆层采用高速钢，所述基体采用高强钢；所述熔覆层厚度为1‑10mm，硬度52‑62HRC；所述熔覆层内包括0.6‑0.9％C、5.0‑11.0％Cr+Mo+V；所述基体厚度为40‑400mm，硬度30‑45HRC，基体内设置有水路，所述水路直径5‑15mm，距离制品型面5‑20m。本发明利用激光熔覆的高能量密度和快速冷却特征，配合以耐磨性粉末成分设计，实现熔覆层的高合金化、无偏析来提高模具钢的耐磨性和抗开裂性能，降低模具钢制品的制造成本。

技术领域

本发明主要涉及模具钢制造技术领域，尤其涉及一种用于热冲压的高耐磨性模具钢制品及其增材制造工艺，适用于热冲压模具镶块、热切刀块和热冲冲头等模具钢制品的制造。

背景技术

随着汽车轻量化的发展，以热冲压为代表的材料加工技术蓬勃发展。它利用金属高温塑性成形的原理，将22MnB5等热压硬化钢在650-850℃完成塑性成形，并对板料在5-15MPa压力下进行冷模淬火处理。相比高强钢冷冲压工艺，具有零件几乎无回弹、能够实现复杂型面成形等优势，迅速成为实现汽车轻量化的主流技术，相关模具钢市场高达100-200亿元/年。通常一款热冲压模具要求服役寿命高达20-40万次，由于承受冷热循环应力、板料流动产生的摩擦和局部应力集中(水路加工)，加上国产热冲压装备不稳定，导致服役工况复杂而又恶劣，对模具钢的合金设计、纯净度和组织调控要求极为苛刻。

目前，热冲压模具钢通常采用成分设计、真空精炼、电渣重熔和等向锻造等方式进行加工，来保证模具钢的寿命。已公开发明专利，专利号CN101302599A，专利名称：铌微合金化高强度热作模具钢及其制备方法，提出了一种热作模具钢的制备工艺，通过精炼、电渣重熔、均匀化退火和多向锻造来制备模具钢。设备投资高、生产工艺复杂，造成制造成本极高，且工业上几乎全部来源于进口，相关制品占据模具成本的30％以上。

除此之外，国内采用非镀层板进行热冲压，奥氏体化过程中产生大量的氧化皮造成模具镶块和冲头磨粒磨损、粘附磨损极为严重，现有模具保养极为频繁，且因模具R角磨损导致的型面超差，每10万冲次就要进行型面降刻或模具重制。同时，由于生产线的不稳定性，板料叠料、杂物滞留模具等非正常冲压导致模具开裂报废的频率极高。因此，现有模具钢制品无论是成分设计还是制备工艺，均无法满足热冲压工况和服役寿命的需要。

总而言之，现有热冲压模具钢利用电渣重熔等工艺，存在宏观偏析、制造成本昂贵、合金元素利用率低的问题，且耐磨性无法满足热冲压复杂工况的要求。

近年来，激光熔覆作为一种先进的材料局部改性技术，它通过同轴送粉等方法，利用高量密度的激光束使粉末与基材表面熔凝在一起，从而在基体表面形成冶金结合的合金层。已公开发明专利，申请号CN101392382B，专利名称：一种激光熔覆结合激光喷丸强化表面改性的方法和装置，提出将激光熔覆与喷丸强化相结合来提高合金性能。已公开发明专利，申请号CN107164756B，专利名称：一种激光熔覆用修复H13模具钢的金属粉末，提出一种C-Cr-Mo系铁基粉末，采用激光熔覆对H13钢进行表面修复。然而，相关研究集中在激光修复、局部强化领域，尚无人应用于模具钢制品的一体化制造。更关键的是，受限于成分设计、熔覆工艺，现有粉末通常是低碳合金钢、马氏体时效钢，碳化物含量少、基体强度低，造成模具钢早期磨损失效，或者添加WC、SiC等微米级颗粒，模具钢在5万冲次内便发生热应力疲劳。因此，相关产品无法满足热冲压的工况需求。

综上因素，设计适用于激光熔覆的高耐磨性模具钢粉末，并将激光熔覆工艺进行改进，获得优于现有热冲压模具钢的组织和性能，也就成了热冲压模具钢增材制造领域的一大难题。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷，本发明提供一种用于热冲压的高耐磨性模具钢制品，包括上下设置的熔覆层和基体，所述熔覆层采用高速钢，所述基体采用高强钢；