[发明专利]一种低成本模具锻钢基体材料、夹心层锻模及其制备方法

说明书

本发明公开了一种低成本模具锻钢基体材料、夹心层锻模及其制备方法。所述模具锻钢基体成分的质量百分比为：C 0.4～0.5%，Si 0.2～0.4%，Mn 0.5～0.8%，Cr 0.2～0.4%，Ni 0.2～0.4%，Cu 0.15～0.3%，余量为铁；其中杂质总量小于0.12%，其中P≤0.02%、S≤0.02%。本发明锻模锻钢基体材料成本仅为4～5元/Kg；并且解决现有模具基体使用工况在温度在350℃以上、局部瞬时应力在650MPa以上的条件下，硬度、强度迅速降低，出现易开裂等的技术问题；且提高模具锻钢基体材料与增材制造的多梯度功能层之间的结合强度，使用本申请材料制备的大型热锻模具在8万吨压机上生产钛合金锻件5批次，模具基体无变形和开裂的情况发生，使得大型热锻模具的一次使用寿命增加了10倍以上。

技术领域

本发明属于模具锻钢制造技术领域，具体涉及一种用于制备高温重载条件下大型热锻模模具的低成本模具锻钢基体材料、模具锻钢基体及夹心层锻模及其制备方法。

背景技术

随着国家重型装备制造业的发展，大飞机、船舶制造等装备制造业需要迅速提升能力。世界上最大的大型模锻液压机(8万吨压机)应运而生，其使用的大型热锻模具(单套重量已达60～100吨)已广泛应用于航空、航天、核电、石化等领域的大型模锻件生产制造中，如大飞机机身框架、起落架、发动机涡轮盘、大型缸体、泵体等，这些锻件的锻件材料主要包括铝合金、高温合金、钛合金等。然而难变形材料(高温合金、钛合金、超低成本钢等)大型锻件的始锻温度高，在锻造成形过程中因锻件与模具接触时间长，模具承受压力高，温度迅速升高至350～700℃以上，导致模具强度、硬度迅速降低，造成常规5CrNiMo、5CrMnMo材质的模具发生严重塑性变形、开裂等问题，使得模具寿命极低，模锻1～2件锻件后模具变形高达10mm以上，导致模具严重失效不能再使用等问题。

现在也有选用H13钢作为模具材质后，模具的变形程度有所减轻，但新的问题也悄然出现，模具常发生在预热和放置时整体断裂报废的情况。经分析认为，这与冶金缺陷和加工应力消除不充分有关。当H13材质的模具重量超过15吨，受大型钢锭铸造冶金质量低下、钢锭自由锻锻透性差、热处理淬火硬度低的影响，探伤合格率极低，合格率仅为50％左右，模具寿命也得不到保证，这严重影响了模具的生产效率和生产成本。

为了解决所述技术问题,申请人设计了一种夹心层锻模及锻模夹心层堆焊的工艺方法并申请了发明专利ZL201510171656.4，该发明采用在大型锻模基体上进行梯度功能层增材制造，进而通过回火去应力、机加工成型等获得最终模具。这样，得到的大型锻模能够基本满足锻模模具在极端工况的性能要求，有效延长锻模使用寿命的同时又可降低生产成本，实现了低成本、短时间、高利用率的制造和使用模具。但是，申请人在实施上述方法的过程中发现，这种在模具基体上进行多梯度功能层增材制造的大型热锻模具在8万吨压机上成形难变形材料时，基体材料在满足高温(350℃以上)重载(高温下局部瞬时应力650MPa以上)下塑/韧性性能要求有待进一步提高，如何进一步降低成本，如何避免在极端条件下热锻模具的基体发生严重塑性变形、开裂等问题，是本领域技术人员需要解决的技术问题；进一步，基体材料与背景技术中增材制造的多梯度功能层如何良好结合并平稳过渡，基体材料的性能如何保证满足8万吨压机上大型热锻模具多次修复和再制造(多次使用，降低单件摊销成本)的使用要求，也是本领域技术人员迫切需要解决的技术问题。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的问题之一是：如何提供一种用于热锻造模具的低成本锻模锻钢基体材料，可用于制备低成本模具锻钢基体且解决现有的模具基体在温度在350℃以上、局部瞬时应力在650MPa以上的条件下强、硬度和塑、韧性难以协调匹配和模具钢价格昂贵等问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：