CN110172691A

CN110172691A - 一种通过激光熔覆改变模具结构及性能的方法

Info

Publication number: CN110172691A
Application number: CN201910298377.2A
Authority: CN
Inventors: 王晓翔; 徐翔; 冯珂; 周康杰; 钱慧萍; 周颉
Original assignee: Shanghai Qian Yue Cci Capital Ltd
Current assignee: Shanghai Qian Yue Cci Capital Ltd
Priority date: 2019-04-15
Filing date: 2019-04-15
Publication date: 2019-08-27

Abstract

本发明提供了一种通过激光熔覆改变模具结构及性能的方法，用于解决现有技术中使用激光熔覆改性模具的方法制备的改性层质量差、容易产生裂纹和气孔导致模具性能下降的技术问题，包括：骤一：准备镍基合金粉末和改性合金粉末；步骤二：在模具上加工出改性区域；步骤三：干燥镍基合金粉末和改性合金粉末；步骤四：熔覆过渡层；步骤五：熔覆改性层；步骤六：冷却；实施本发明的技术方案，使用镍基合金粉末熔覆过度层，提高熔覆层的延展性，并且可以避免改性层因浸润产生裂纹和气孔，可以提高模具改性层的性能；生产中清理过渡层表面，可以提高改性层的质量；熔覆完成后对改性层和过渡层进行检测，提高生产的可靠性。

Description

一种通过激光熔覆改变模具结构及性能的方法

技术领域

本发明涉及金属材料熔覆改性领域，特别涉及一种通过激光熔覆改变模具结构及性能的方法。

背景技术

激光熔覆是一种利用高能激光束作用于预先涂覆在金属表面或采用同步送入的粉末上，使之快速加热并快速凝固形成良好冶金结合的方法。和传统的表面强化及修复技术相比，激光熔覆具有精度高，效率高，形成冶金结合强度高等优点，可以满足一些局部要求高强度高耐磨的特殊金属构件的要求。

冲压模具、弯曲模具、拉丝模具等各类模具广泛应用于工业生产制造中，但模具使用过程中会不可避免得因持续工作发生磨损、变形、腐蚀而失效。失效的模具损坏处往往集中在模具特定的受力部位或处于特定环境的部位。现有技术中，在模具易损坏的部位使用改性合金材料进行激光熔覆，使用熔覆层代替模具部分区域，以增强模具的耐磨性、硬度或耐腐蚀性。此外，激光熔覆的方法也可以用于改变模具结构。但是直接使用改性合金材料熔覆在模具上进行改进，熔覆层与改性合金材料连接强度较弱，并且熔覆层容易因浸润产生裂纹和气孔，导致模具性能的下降。

因此需要一种工艺可靠、高质量的激光融覆改变模具结构和性能的方法。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明中披露了一种通过激光熔覆改变模具结构及性能的方法，本发明的技术方案是这样实施的：

一种通过激光熔覆改变模具结构及性能的方法，包括：步骤一：准备镍基合金粉末和改性合金粉末；步骤二：在模具上加工出改性区域；步骤三：干燥所述镍基合金粉末和所述改性合金粉末；步骤四：喷射所述镍基合金粉末至所述改性区域，以激光加热所述镍基合金粉末至其熔化并覆盖在所述改性区域表面上，形成过渡层；步骤五：喷射所述改性合金粉末至所述改性区域，以激光加热所述改性合金粉末至其熔化并覆盖在所述改性区域表面上；步骤六：对熔覆后的金属进行冷却至液态金属凝固形成改性层。

优选地，所述镍基合金粉末包含以下元素及重量百分比含量：C 0.02％-4％，Si1.5％-5.5％，Fe 6％-10.3％，B 1.3％-3.5％，余量为Ni。

优选地，所述改性合金粉末包含以下元素及重量百分比含量：C 0.74％-1％，Cr2.4％-4％，W 5％-9.5％，Nb 1％-1.6％，Ti 0-0.6％，余量为Fe。

优选地，步骤四中，所述过渡层的厚度为0.5-0.7mm。

优选地，步骤四还包括，所述过渡层冷却后，对所述过渡层进行清洗和/或打磨。

优选地，步骤三还包括加热所述镍基合金粉末和所述改性合金粉末至20-500℃，并在熔覆过程中保温。

优选地，所述通过激光熔覆改变模具结构及性能的方法，还包括步骤七，打磨所述改性层至与模具原表面形状一致。

优选地，所述通过激光熔覆改变模具结构及性能的方法，还包括步骤八，对所述改性层和所述过渡层进行缺陷检测。

优选地，步骤二中，所述改性区域边缘设置倒角。

优选地，步骤四和步骤五中，激光功率不低于1KW，扫描速度不高于5mm/s，输送所述镍基合金粉末和所述改性合金粉末的气流为氩气，流量在[3L/min,8L/min]。

实施本发明的技术方案可解决现有技术中使用激光熔覆改性模具的方法制备的改性层质量差、容易产生裂纹和气孔导致模具性能下降的技术问题；实施本发明的技术方案，使用镍基合金粉末熔覆过度层，提高熔覆层的延展性，并且可以避免改性层因浸润产生裂纹和气孔，可以提高模具改性层的性能；生产中清理过渡层表面，可以提高改性层的质量；熔覆完成后对改性层和过渡层进行检测，提高生产的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一种实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一种具体实施方式的方法流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种通过激光熔覆改变模具结构及性能的方法，如图1所示，包括：步骤一：准备镍基合金粉末和改性合金粉末；步骤二：在模具上加工出改性区域；步骤三：干燥镍基合金粉末和改性合金粉末；步骤四：喷射镍基合金粉末至改性区域，以激光加热镍基合金粉末至其熔化并覆盖在改性区域表面上，形成过渡层；步骤五：喷射改性合金粉末至改性区域，以激光加热改性合金粉末至其熔化并覆盖在改性区域表面上；步骤六：对熔覆后的金属进行冷却至液态金属凝固形成改性层。

步骤一中，用户需要根据模具的类型、规格、用途等参数选择合适的改性粉末种类，使熔覆后的模具表面具有所需的硬度、耐磨性等特性。在该具体实施方式中，改性磨具为拉丝模具，改性区域的大小设置为宽度大于拉丝部位10mm，长度为100mm，深度大于1mm的。

步骤二中，改性区域设置于模具容易发生磨损、氧化或腐蚀的部位，改性区域的形状可以根据模具的种类选择，设置为圆形、矩形等形状。改性区域的底部可以设置为平行于模具上表面的，用户在模具表面机加工出改性区域后，可以对改性区域的底部进行抛光，提高改性区域底部的平面度，利于熔覆过程中金属粉末熔化形成金属液体后均匀分散在改性区域表面形成厚度均一的熔覆层，提高熔覆质量。

步骤三中，可以使用真空干燥箱对合金粉末进行干燥，可以适用含有热敏性成分合金粉末，提高方法的兼容性，也可以选用其他常用的合金粉末干燥方法。

步骤四中，改性区域上先熔覆一层含镍的过渡层，连接改性层和模具，具有较好的自熔性和润湿性，可以提高熔覆层与模具的连接强度，并且避免改性合金粉末熔覆过程中发生的渗透裂纹，提高熔覆质量，用户可以根据改性合金粉末的成分选择合适的镍基合金粉末成分。

步骤五中，用户可以从改性层的用途、模具的形状要求、成本等角度控制改性粉末的用量。用户可以根据模具的用途、所处环境、使用寿命等参数选择合适的改性合金粉末成分，可以选用含硅铝合金提高模具的耐磨性、选用镍铬合金提高模具的耐腐蚀性或其他具有类似或不同特性的合金粉末。

在一种优选的实施方式中，镍基合金粉末包含以下元素及重量百分比含量：C0.02％-4％，Si 1.5％-5.5％，Fe 6％-10.3％，B 1.3％-3.5％，余量为Ni。

在一种优选的实施方式中，改性合金粉末包含以下元素及重量百分比含量：C0.74％-1％，Cr 2.4％-4％，W 5％-9.5％，Nb 1％-1.6％，Ti 0-0.6％，余量为Fe。

在该具体实施方式中，镍基合金粉末包含的元素及重量百分比含量为：C 0.2％，Si 3.55％，Fe 8％，B 1.5％，Ni 86.75％；改性合金粉末包含的元素及重量百分比含量为：C 8％，Cr 3.6％，W 6.75％，Nb 1％，Ti 0.3％，Fe 80.35％；使用此镍基合金粉末和改性合金粉末熔覆在改性区域上可以将拉丝模具表面的硬度从HRC55提高至HRC60，同时可以提高拉丝模具的耐磨性和使用寿命。

在一种优选的实施方式中，如图1所示，步骤四中，过渡层的厚度为0.5-0.7mm。改性合金粉末熔覆过程中，为了提高激光熔覆的速度和质量，需要选用较高能量的激光，可能导致过渡层熔化使改性合金接触拉丝模具，容易影响熔覆质量，因此过渡层的厚度需要设置在0.5mm或以上。过渡层的厚度设置在0.7mm或以下，可以降低镍基合金粉末的成本并利于提高改性层的厚度，适用规格较小的模具，提高方法的兼容性。

在一种优选的实施方式中，如图1所示，步骤四还包括，过渡层冷却后，对过渡层进行清洗和/或打磨，可以提高过渡层表面的平面度，利于控制步骤五六中形成的改性层为厚度均一的，可以提高熔覆质量，使模具表面各处的耐磨性、硬度、耐腐蚀性等形状保持一致，延长模具使用寿命。

在一种优选的实施方式中，如图1所示，步骤三还包括加热镍基合金粉末和改性合金粉末至20-500℃，并在熔覆过程中保温。用户可以根据镍基合金粉末和改性合金粉末的中的热敏性材料、激光融覆的温度、模具表面材质选择合适的加热温度。熔覆前对合金粉末保温在100℃以上可以使合金粉末始终保持干燥，提高熔覆质量，并且可以在激光熔覆的过程中加快合金粉末的熔化，提高激光融覆的速度，利于提高生产效率。

在一种优选的实施方式中，一种通过激光熔覆改变模具结构及性能的方法，如图1所示，还包括步骤七，打磨改性层至与模具原表面形状一致，使模具恢复原形状，提高方法的可靠性。

在一种优选的实施方式中，一种通过激光熔覆改变模具结构及性能的方法，如图1所示，还包括步骤八，对改性层和过渡层进行缺陷检测。用户可以使用着色探伤等方式对改性层和过渡层进行检测，若熔覆形成的改性层中存在不符合生产要求的裂纹和气孔，利于用户排除打不到标准的模具，可以从步骤一开始对模具重新进行改性，也可以根据改性层的缺陷调整镍基合金粉末、改性合金粉末的成分，提高模具质量。

在一种优选的实施方式中，如图1所示，步骤二中，改性区域边缘设置倒角。改性区域的边缘可以设置45°倒角，利于融覆层与模具基材的顺接，提高融覆层与模具的连接强度，提高模具质量。

在一种优选的实施方式中，如图1所示，步骤四和步骤五中，激光功率不低于1KW，扫描速度不高于5mm/s，输送镍基合金粉末和改性合金粉末的气流为氩气，流量在[3L/min,8L/min]。

在该具体实施方式中，激光功率2KW，扫描速度7mm/s，送粉速度15g/min，氩气流量6L/min，光斑大小Φ4.2mm。

选择较高的激光功率、较小的光斑和较低的扫描速度可以缩短激光熔覆所需时间，提高生产效率，用户可以结合合金粉末的成分、生产效率、成本控制等因素选择合适的激光参数。氩气具有较高的化学惰性，可以避免合金粉末在高温熔覆的过程中变质，提高模具质量。较低的氩气流量适用于熔覆较薄的熔覆层，较高的氩气流量适用于熔覆较厚的熔覆层，用户可以根据过渡层和改性层的厚度、合金粉末的种类、密度等参数选择合适的氩气流量。

需要指出的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种通过激光熔覆改变模具结构及性能的方法，其特征在于，包括：

步骤一：准备镍基合金粉末和改性合金粉末；

步骤二：在模具上加工出改性区域；

步骤三：干燥所述镍基合金粉末和所述改性合金粉末；

步骤四：喷射所述镍基合金粉末至所述改性区域，以激光加热所述镍基合金粉末至其熔化并覆盖在所述改性区域表面上，形成过渡层；

步骤五：喷射所述改性合金粉末至所述改性区域，以激光加热所述改性合金粉末至其熔化并覆盖在所述改性区域表面上；

步骤六：对熔覆后的金属进行冷却至液态金属凝固形成改性层。

2.根据权利要求1所述的一种通过激光熔覆改变模具结构及性能的方法，其特征在于，所述镍基合金粉末包含以下元素及重量百分比含量：C 0.02％-4％，Si 1.5％-5.5％，Fe6％-10.3％，B 1.3％-3.5％，余量为Ni。

3.根据权利要求2所述的一种通过激光熔覆改变模具结构及性能的方法，其特征在于，所述改性合金粉末包含以下元素及重量百分比含量：C 0.74％-1％，Cr 2.4％-4％，W 5％-9.5％，Nb 1％-1.6％，Ti 0-0.6％，余量为Fe。

4.根据权利要求2所述的一种通过激光熔覆改变模具结构及性能的方法，其特征在于，步骤四中，所述过渡层的厚度为0.5-0.7mm。

5.根据权利要求3所述的一种通过激光熔覆改变模具结构及性能的方法，其特征在于，步骤四还包括，所述过渡层冷却后，对所述过渡层进行清洗和/或打磨。

6.根据权利要求4所述的一种通过激光熔覆改变模具结构及性能的方法，其特征在于，步骤三还包括加热所述镍基合金粉末和所述改性合金粉末至20-500℃，并在熔覆过程中保温。

7.根据权利要求5所述的一种通过激光熔覆改变模具结构及性能的方法，其特征在于，还包括步骤七，打磨所述改性层至与模具原表面形状一致。

8.根据权利要求6所述的一种通过激光熔覆改变模具结构及性能的方法，其特征在于，还包括步骤八，对所述改性层和所述过渡层进行缺陷检测。

9.根据权利要求7所述的一种通过激光熔覆改变模具结构及性能的方法，其特征在于，步骤二中，所述改性区域边缘设置倒角。

10.根据权利要求8所述的一种通过激光熔覆改变模具结构及性能的方法，其特征在于，步骤四和步骤五中，激光功率不低于1KW，扫描速度不高于5mm/s，输送所述镍基合金粉末和所述改性合金粉末的气流为氩气，流量在[3L/min,8L/min]。