CN100595018C - 基于激光熔覆成型技术的梯度功能材料精冲模具制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明采用激光熔覆成形技术，在普通钢材基体上通过激光熔覆成形高性能材料，在精冲模具的制造过程中解决材料性能要求问题，满足提高精冲模具使用寿命对材料的需求，以此替代价格昂贵的粉末冶金钢。该基于激光熔覆成型技术的新型梯度功能材料精冲模具制造方法，包括如下步骤：1.利用高能激光束局部融化基体金属表面形成熔池；2.将金属原料送入熔池而形成与基体金属冶金结合且稀释率很低的复数层新金属层。本发明能够实现高性能致密金属零件的无模快速近终成形，将现有的快速原型技术推进到直接成形全密度高强度功能性金属零件的新高度，是快速成形基本原理和激光加工技术精华的集成。
Description
技术领域
本发明一般地涉及一种模具制造方法，特别地涉及一种基于激光熔覆成型技术的新型梯度功能材料精冲模具制造方法。
背景技术
汽车工业的快速发展，市场竞争的日益激烈，对汽车零部件从材料性能到制造精度提出了更高技术要求，精冲工艺正逐步替代传统冲压工艺。目前国内外一些技术比较先进，实力雄厚的汽车模具制造商采用粉末冶金钢替代模具钢作为模具材料，按照传统方法制造精冲模具。粉末冶金钢采用特殊方法冶炼，易造成环境污染。同时由于工艺复杂性形成技术垄断，国内企业多采用性能优良的进口粉末冶金钢，价格极为昂贵，制造成本控制和使用寿命成了制约精冲技术应用和发展的瓶颈。
而粉末冶金钢具有高强度高韧性的主要原因是由于特殊冶金烧结工艺的采用而获得的致密细小晶体组织。但是，由于烧结工艺技术复杂并形成技术垄断，因此性能优良的国外产品价格昂贵。传统上，模具制造领域材料研制与模具制造分属不同的研究范畴，但是，激光熔覆成形技术为二者的完美结合提供了技术支持。
中国专利CN 01131777.9提供了一种梯度材料制备成形的方法，克服了激光涂覆法只是用来在材料表面制备简单的层状梯度保护涂层，且梯度结构不能精确控制的不足，解决大块体梯度材料的快速成形制备技术，其采用激光涂覆方法，通过精确控制送粉器在各个二维平面轨迹中不同位置上的不同材料粉末送给量，在激光涂覆过程中同步向激光熔池中送入不同材料配比的粉末，从而制备成形多材料任意复合梯度材料。在梯度过渡层的制备成形过程中，可以根据结构设计的需要，在梯度过渡区制备成形过程中加入异质组分。但其并未涉及精冲模具的制造。
发明内容
本发明的目的是采用激光熔覆成形技术，在普通钢材基体上通过激光熔覆成形高性能材料，在精冲模具的制造过程中解决材料性能要求问题，满足提高精冲模具使用寿命对材料的需求，以此替代价格昂贵的粉末冶金钢。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
一种基于激光熔覆成型技术的新型梯度功能材料精冲模具制造方法，包括如下步骤：
1.利用高能激光束局部融化基体金属表面形成熔池；
2.将金属原料送入熔池而形成与基体金属冶金结合且稀释率很低的复数层新金属层。
本发明中，所述的复数层新金属层包括置于基体金属表面的基层、至少一层置于基层之上的过渡层和置于过渡层之上的表层。
所述基层C为0.42wt％-0.50wt％，Si为0.17wt％-0.37wt％，Mn为0.50wt％-0.80wt％，Cr小于0.25wt％，Ni小于0.30wt％，Cu小于0.25wt％，其余为基体金属。
所述过渡层至少包括第一过渡层和第二过渡层，其中第一过渡层置于基层上，所述第一过渡层C为0.50wt％-1.0wt％，Si为0.30wt％-0.50wt％，Mn为0.30wt％-0.50wt％，Cr为1.0wt％-2.0wt％，Mo为0.50wt％-1.50wt％，V为0.10wt％-0.80wt％，其余为基体金属；第二过渡层置于第一过渡层上，所述第二过渡层C为1.0wt％-1.50wt％，Si为0.50wt％-1.0wt％，Mn为0.30wt％-0.50wt％，Cr为2.0wt％-4.0wt％，其余为基体金属。
所述表层C为1.20wt％-2.50wt％，Si为1.0wt％，Mn为0.30wt％-0.50wt％，Cr为4.0wt％-8.0wt％，W为6.4wt％，Mo为1.5wt％-5.0wt％，V为3.0wt％-10.0wt％，其余为基体金属。
本发明的基于激光熔覆成型技术的新型梯度功能材料精冲模具制造方法，能够实现高性能致密金属零件的无模快速近终成形，是快速原型技术的进一步发展，将现有的快速原型技术推进到直接成形全密度高强度功能性金属零件的新高度，是快速成形基本原理和激光加工技术精华的集成。本发明除具有RP技术的高度柔性、制造周期短等特点外，由于激光熔覆的快速凝固特征，可以在材料内部获得细小、均匀、细密的枝晶组织，消除成分偏析，全面提高材料的力学性能；同时，本发明采用增材制造法直接成形，是制造异质材料(复合材料、功能梯度材料)的最佳方法之一，可以通过改变成形材料的成分和组分，在同一零件不同部位形成不同组织和成分；本发明将使得一些具有高性能但熔点高，传统加工方法难以加工的材料，如钨、钦、铝和超合金等将得到有效利用。一些具有高性能但熔点高，传统加工方法难以加工的材料，如钨、钦、铝和超合金等将得到有效利用。
附图说明
图1为本发明系统的示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
一种基于激光熔覆成型技术的新型梯度功能材料精冲模具制造方法，包括如下步骤：如图1所示，首先采用CO2激光器1，利用高能激光束局部融化基体金属表面形成熔池，加工过程中可以采用数控系统控制工作台根据CAD模型给定的路线往复扫描，便可在沉积基板上逐线、逐层地熔覆堆积出任意形状的功能性三维金属实体零件；再将金属原料送入熔池而形成与基体金属冶金结合且稀释率很低的复数层新金属层。
本实施例中，所述金属层包括置于基体金属表面的基层、至少两层置于基层之上的过渡层和置于过渡层之上的表层。所述基层C为0.42wt％-0.50wt％，Si为0.17wt％-0.37wt％，Mn为0.50wt％-0.80wt％，Cr小于0.25wt％，Ni小于0.30wt％，Cu小于0.25wt％，其余为基体金属。
所述过渡层包括第一过渡层和第二过渡层，其中第一过渡层置于基层上，所述第一过渡层C为0.50wt％-1.0wt％，Si为0.30wt％-0.50wt％，Mn为0.30wt％-0.50wt％，Cr为1.0wt％-2.0wt％，Mo为0.50wt％-1.50wt％，V为0.10wt％-0.80wt％，其余为基体金属；第二过渡层置于第一过渡层上，所述第二过渡层C为1.0wt％-1.50wt％，Si为0.50wt％-1.0wt％，Mn为0.30wt％-0.50wt％，Cr为2.0wt％-4.0wt％，其余为基体金属。
所述表层C为1.20wt％-2.50wt％，Si为1.0wt％，Mn为0.30wt％-0.50wt％，Cr为4.0wt％-8.0wt％，W为6.4wt％，Mo为1.5wt％-5.0wt％，V为3.0wt％-10.0wt％，其余为基体金属。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (4)
1.一种基于激光熔覆成型技术的梯度功能材料精冲模具制造方法，包括如下步骤：
1].利用高能激光束局部融化基体金属表面形成熔池；
2].将金属原料送入熔池而形成与基体金属冶金结合且稀释率很低的复数层新金属层；
所述的复数层新金属层包括置于基体金属表面的基层、至少一层置于基层之上的过渡层和置于过渡层之上的表层；所述基层C为0.42wt％-0.50wt％，Si为0.17wt％-0.37wt％，Mn为0.50wt％-0.80wt％，Cr小于0.25wt％，Ni小于0.30wt％，Cu小于0.25wt％，其余为基体金属。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述过渡层包括至少第一过渡层和第二过渡层，其中第一过渡层置于基层上，第二过渡层置于第一过渡层上。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述第一过渡层C为0.50wt％-1.0wt％，Si为0.30wt％-0.50wt％，Mn为0.30wt％-0.50wt％，Cr为1.0wt％-2.0wt％，Mo为0.50wt％-1.50wt％，V为0.10wt％-0.80wt％，其余为基体金属；所述第二过渡层C为1.0wt％-1.50wt％，Si为0.50wt％-1.0wt％，Mn为0.30wt％-0.50wt％，Cr为2.0wt％-4.0wt％，其余为基体金属。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述表层C为1.20wt％-2.50wt％，Si为1.0wt％，Mn为0.30wt％-0.50wt％，Cr为4.0wt％-8.0wt％，W为6.4wt％，Mo为1.5wt％-5.0wt％，V为3.0wt％-10.0wt％，其余为基体金属。
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