CN110699687A - 一种高镍铜合金玻璃模具强化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高镍铜合金玻璃模具强化方法，包括如下步骤：S1、清理铜模具表面氧化物、污物；S2、过渡层粉末准备：采用镍基高温合金粉末与重量比为15％～30％的纯铜粉末混合均匀，并烘干，得到过渡层粉末；强化层粉末准备：采用镍基合金粉末，并烘干，得到强化层粉末；S3、将过渡层粉末熔覆到铜模具上，熔覆所形成的熔覆层为过渡层；S4、将强化层粉末熔覆到过渡层上，熔覆所形成的熔覆层为强化层；S5、通过机械加工对强化层进行修型处理。本发明有效地杜绝了焊接裂纹的产生，提高了结合部位的强度；同时也杜绝了预热焊接时高温下铜合金氧化，有效地保证了模具上焊接内部的高质量性；过渡层提高了铜合金玻璃模具与强化层之间的可焊性、结合强度。

Description

一种高镍铜合金玻璃模具强化方法

技术领域

本发明涉及激光加工领域，具体涉及一种高镍铜合金玻璃模具强化方法。

背景技术

高镍铜合金玻璃模具是一种用于生产玻璃制品的模具，高镍铜合金中各组分依次为：Ni：14～16％，Zn：7.5～9.5，Al：8.5～10.5％，Fe：0.8～1.2％，Mn：0.08～0.18％，Si：0.8～1.2％，其余Cu。在使用中，铜合金玻璃模具内腔易产生高温氧化、磨损、腐蚀等不良情况，这会导致模具寿命低。同时铜合金硬度、耐磨性低，铜玻璃模具如图2所示，其合缝线、合缝面、接合线在模具开、合过程中摩擦撞击发生磨损、变形、裂纹等问题，导致模具过早失效。

为了解决铜合金玻璃模具的上述问题，常对模具进行强化处理。目前一般强化方式有等离子喷焊、手工电弧焊等。这些方式都需要焊前预热至400℃甚至更高的温度，以防止焊接裂纹。高温下铜合金易发生氧化，而焊前模具表面被氧化严重，导致焊接内部质量变差。同时，由于铜具有导热迅速、快冷效果，采用激光熔覆方式不预热的情况下熔覆耐磨强化层，必定产生裂纹；并且这些强化方法，预热都需要耗损大量的电能源。

具体地，普通强化方式为在表面堆焊一层强化合金有较多缺点：

1)热影响区大，结合强度低；

2)堆焊层厚度大，加工余量大，焊材浪费大；

3)热输出量大，越接近铜基材，强化合金被稀释得越严重，机加后如果强化层保留量过小，硬度、耐磨性都会减弱，影响模具使用寿命；如果保留量过大，导热效率降低，进而降低模具的工作效率；

4)模具工作时，铜导热快，强化合金层表面温度较高，与铜合金基体温差大且热膨胀系数存在差异，从而导致强化合金层易出现疲劳裂纹、脱落；

并且，由于在铜合金表面堆焊强化材料，材料的可选性较差，很难同时满足以下要求：

1)与铜合金互熔性好；

2)高温耐磨、耐蚀、耐氧化性能优良；

3)热疲劳性能好；

4)良好的导热性；

5)可焊性好，焊接裂纹倾向小；

6)热膨胀系数小。

发明内容

本发明的目的在于：提供了一种高镍铜合金玻璃模具强化方法，解决了上述中现有的铜玻璃模具强化方法中的多个技术缺点。本发明提供的一种同玻璃模具强化方法，无需焊前预热至高温，从而降低了电能损耗，有效地杜绝了焊接裂纹的产生，提高了结合部位的强度；同时也杜绝了预热焊接时高温下铜合金氧化，有效地保证了模具上焊接内部的高质量性；熔覆焊厚度小，焊材需求量少，且熔覆焊中可选的强化材料多，不受焊接条件限制。

本发明采用的技术方案如下：

一种高镍铜合金玻璃模具强化方法，包括如下步骤：

S1、前处理：将铜模具表面氧化物、污物清理干净；

S2、过渡层粉末准备：采用镍基高温合金粉末与重量比为15％～30％的纯铜粉末混合均匀，并烘干，得到过渡层粉末；

强化层粉末准备：采用镍基合金粉末，并烘干，得到强化层粉末；

S3、将过渡层粉末熔覆到铜模具上，熔覆所形成的熔覆层为过渡层，其厚度为0.5～2mm；

S4、将强化层粉末熔覆到过渡层上，熔覆所形成的熔覆层为强化层，其厚度为0.7～2mm；

S5、通过机械加工对强化层进行修型处理，强化层机加后的厚度为0.1～0.6mm。

进一步地，所述镍基高温合金粉末包括Cr、Ni、Mo、Al、Ti、Nb、Si、Cu和Fe，以质量百分比计，各组分分别为：Cr：17％-21％，Ni：50％-55％，Mo：2.8％-3.3％，Al：0.3％-0.7％，Ti：0.75％-1.15％，Nb：5％-5.5％，Si：0.3％-0.4％，Cu：0.2％-0.4％，剩余为Fe。

进一步地，所述镍基合金粉末包括Cr、Fe、Si、C和Ni，以质量百分比计，各组分分别为：Cr：14％-17％，Fe：12％-15％，Si：3％-4.5％，C：0.6％-1％，剩余为Ni。

进一步地，所述过渡层的厚度为1mm。

进一步地，所述S4中，强化层的厚度为1mm。

进一步地，所述过渡层粉末中，纯铜粉末所占重量比为20％。

由于采用了本技术方案，本发明的有益效果是：

1.本发明一种高镍铜合金玻璃模具强化方法，强化层采用镍基合金粉末，在熔覆过程中，随着熔覆温度的升高，导热率相应提高；熔覆强化层粉末得到的强化层在1000℃以下具有较好的高温性能，主要包括高温耐蚀、耐磨、耐热疲劳性能等；同时强化层与过渡层一样同为镍基合金，其之间相互间结合良好，过渡层与强化层之间的结合界面互相渗透、结合界面模糊，其能有效地防止在焊接应力作用下强化层与过渡层的脱离；

2.本发明一种高镍铜合金玻璃模具强化方法，利用了熔覆工艺的特性，并结合模具自身成分特性设计出了过渡层粉末、强化层粉末，以在铜合金玻璃模具上制作过渡层、强化层不需要预热，从而降低了电能损耗，有效地杜绝了焊接裂纹的产生，提高了结合部位的强度；同时也杜绝了预热焊接时高温下铜合金氧化，有效地保证了模具上焊接内部的高质量性；

3.本发明一种高镍铜合金玻璃模具强化方法，在设置强化层用于加强玻璃模具自身性能时，设置了过渡层；过渡层采用镍基粉末与铜粉混合的方式提高了过渡层的导热效果、淡化了熔覆结合界面、提高了结合界面的塑性、并提高了过渡层的抗裂性能、抗热疲劳性能；采用本发明所设计的这种过渡粉末进行过渡层的熔覆，提高了铜合金玻璃模具与强化层之间的可焊性、结合强度，防止强化层脱离；

4.本发明一种高镍铜合金玻璃模具强化方法，由于采用了上述过渡层，作为强化层的最表面一层可以采用高硬度、高耐磨性的镍基合金粉末作为强化层而不会产生裂纹，且能有效地通过过渡层将强化层稳固在模具上，防止高硬度、耐磨的强化层从模具上脱离；

5.本发明一种高镍铜合金玻璃模具强化方法，采用激光熔覆工艺，能使熔覆所需能量集中、熔覆强化层机加余量小，相比喷焊、手工弧焊等其他处理方式更节省原材料；本发明得到的耐磨强化层很薄，有利于热量快速传导到过渡层，同时过渡层中含铜量高，能将热量快速散去，极大地提高了模具的生产效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图，本说明书附图中的各个部件的比例关系不代表实际选材设计时的比例关系，其仅仅为结构或者位置的示意图，其中：

图1是铜玻璃模具的合缝线、合缝面、接合线位置示意图；

图2是本发明的流程示意图；

图3是采用本发明得到的模具的外观示意图；

图4是过渡层熔覆后的金相图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

本发明中的“连接”若无特别强调，为常规连接方式，例如一体成形、焊接、铆接等，具体的连接方式根据本技术领域的常规技术知识进行适应性优选地即可。本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

下面结合图1对本发明作详细说明。

实施例1

一种高镍铜合金玻璃模具强化方法，包括如下步骤：

S1、前处理：将铜模具表面氧化物、污物清理干净；

S2、过渡层粉末准备：采用镍基高温合金粉末与重量比为15％～30％的纯铜粉末混合均匀，并烘干，得到过渡层粉末，且优选地纯铜粉末在混合粉末中所占重量比为20％；

强化层粉末准备：采用镍基合金粉末，并烘干，得到强化层粉末；

S3、将过渡层粉末熔覆到铜模具上，熔覆所形成的熔覆层为过渡层，其厚度为0.5～2mm，优选地所述过渡层的厚度为1mm，得到的过渡层硬度为HRC25～30；

S4、将强化层粉末熔覆到过渡层上，熔覆所形成的熔覆层为强化层，其厚度为0.7～2mm，优选地强化层的厚度为1mm，得到的强化层硬度≥HRC61；

S5、通过机械加工对强化层进行修型处理，强化层机加后的厚度为0.1～0.6mm，优选地为0.5mm。

过渡层粉末采用的镍基高温合金粉末具有优良的塑性、导热性、高温热疲劳性能等，其与铜粉进行混合，可以无限互溶。

将镍基高温合金粉末混合铜粉后，得到的用于熔覆的过渡层粉末有以下优点：

(1)镍基合高温金本身具有良好的塑性，由于又有20％铜的存在，用于形成过渡层的熔覆层的塑性得到增加，同时此熔覆层的应力最大限度的减轻，基材、熔覆层不需要预热也不会产生裂纹；

(2)铜具有优越的导热性，使得混合层粉末在熔覆过程中形成的过渡层的导热性能大大提升，保证过渡层温度的均匀性，以得到性能良好的过渡层；

(3)混合铜粉增加了过渡层与铜模具基材的结合力，使得过渡层与模具之间的结合界面互相渗透、结合界面模糊，其能有效地防止在焊接应力作用下铜模具与过渡层的脱离；

(4)采用此过渡层粉末以及熔覆工艺，得到的过渡层硬度为HRC25～30，其具有良好的抗热疲劳性能。

强化层采用镍基合金粉末，在熔覆过程中，随着熔覆温度的升高，导热率相应提高。熔覆强化层粉末得到的强化层在1000℃以下具有较好的高温性能，主要包括高温耐蚀、耐磨、耐热疲劳性能等；同时强化层与过渡层一样同为镍基合金，其之间相互间结合良好，过渡层与强化层之间的结合界面互相渗透、结合界面模糊，其能有效地防止在焊接应力作用下强化层与过渡层的脱离。

同时，本发明中，通过依次设置包含铜粉的镍基高温合金过渡层、镍基合金强化层，能够良好的利用金属的热传导性能，将模具自身的热能散发到空气中，利于模具使用过程中热量的散失，从而提高生产效率。

本发明利用了熔覆工艺的特性，并结合模具自身成分特性设计出了过渡层粉末、强化层粉末，以在铜合金玻璃模具上制作过渡层、强化层不需要预热，从而降低了电能损耗，有效地杜绝了焊接裂纹的产生，提高了结合部位的强度；同时也杜绝了预热焊接时高温下铜合金氧化，有效地保证了模具上焊接内部的高质量性。

同时，在设置强化层用于加强玻璃模具自身性能时，设置了过渡层。过渡层采用镍基粉末与铜粉混合的方式提高了过渡层的导热效果、淡化了熔覆结合界面、提高了结合界面的塑性、并提高了过渡层的抗裂性能、抗热疲劳性能。采用本发明所设计的这种过渡粉末进行过渡层的熔覆，提高了铜合金玻璃模具与强化层之间的可焊性、结合强度，防止强化层脱离。

并且，由于采用了上述过渡层，作为强化层的最表面一层可以采用高硬度、高耐磨性的镍基合金粉末作为强化层而不会产生裂纹，且能有效地通过过渡层将强化层稳固在模具上，防止高硬度、耐磨的强化层从模具上脱离。

本发明中，采用激光熔覆工艺，能使熔覆所需能量集中、熔覆强化层机加余量小，相比喷焊、手工弧焊等其他处理方式更节省原材料。本发明得到的耐磨强化层很薄，有利于热量快速传导到过渡层，同时过渡层中含铜量高，能将热量快速散去，极大地提高了模具的生产效率。

综上，本发明无需焊前预热至高温，从而降低了电能损耗，有效地杜绝了焊接裂纹的产生，提高了结合部位的强度；同时也杜绝了预热焊接时高温下铜合金氧化，有效地保证了模具上焊接内部的高质量性；熔覆焊厚度小，焊材需求量少，且熔覆焊中可选的强化材料多，不受焊接条件限制；过渡粉末进行过渡层的熔覆，提高了铜合金玻璃模具与强化层之间的可焊性、结合强度，防止强化层脱离；耐磨强化层较之现有技术得到的强化层更薄，有利于热量快速传导到过渡层，同时过渡层中含铜量高，能将热量快速散去，极大地提高了模具的生产效率。

实施例2

本实施例是关于实施例1中镍基高温合金粉末以及镍基合金粉末的具体成分做出实施说明。

所述镍基高温合金粉末包括Cr、Ni、Mo、Al、Ti、Nb、Si、Cu和Fe，以质量百分比计，各组分分别为：Cr：17％-21％，Ni：50％-55％，Mo：2.8％-3.3％，Al：0.3％-0.7％，Ti：0.75％-1.15％，Nb：5％-5.5％，Si：0.3％-0.4％，Cu：0.2％-0.4％，剩余为Fe。

所述镍基合金粉末包括Cr、Fe、Si、C和Ni，以质量百分比计，各组分分别为：Cr：14％-17％，Fe：12％-15％，Si：3％-4.5％，C：0.6％-1％，剩余为Ni。

实施例3

本实施例是关于过渡层以及强化层熔覆中的相关参数进行说明。

过渡层的熔覆中：

采用半导体光纤耦合4000W激光器

主要的熔覆参数如表1所示：

激光功率(P)	光斑尺寸	扫描速度	送粉量	保护气流量	道与道搭接量
						2100W	φ2mm	10mm/s	7.6g/min	15～25L/min	50％

表1.过渡层的激光熔覆工艺参数

强化层的熔覆中：

采用半导体光纤耦合4000W激光器

主要的熔覆参数如表2所示：

激光功率(P)	光斑尺寸	扫描速度	送粉量	保护气流量	道与道搭接量
						2300W	φ2mm	15mm/s	8.5g/min	15～25L/min	50％

表2.强化层的激光熔覆工艺参数

以上所述，仅为本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种高镍铜合金玻璃模具强化方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、前处理：将铜模具表面氧化物、污物清理干净；

S2、过渡层粉末准备：采用镍基高温合金粉末与重量比为15％～30％的纯铜粉末混合均匀，并烘干，得到过渡层粉末；

强化层粉末准备：采用镍基合金粉末，并烘干，得到强化层粉末；

S3、将过渡层粉末熔覆到铜模具上，熔覆所形成的熔覆层为过渡层，其厚度为0.5～2mm；

S4、将强化层粉末熔覆到过渡层上，熔覆所形成的熔覆层为强化层，其厚度为0.7～2mm；

S5、通过机械加工对强化层进行修型处理，强化层机加后的厚度为0.1～0.6mm。

2.根据权利要求1所述的一种高镍铜合金玻璃模具强化方法，其特征在于：所述镍基高温合金粉末包括Cr、Ni、Mo、Al、Ti、Nb、Si、Cu和Fe，以质量百分比计，各组分分别为：Cr：17％-21％，Ni：50％-55％，Mo：2.8％-3.3％，Al：0.3％-0.7％，Ti：0.75％-1.15％，Nb：5％-5.5％，Si：0.3％-0.4％，Cu：0.2％-0.4％，剩余为Fe。

3.根据权利要求1所述的一种高镍铜合金玻璃模具强化方法，其特征在于：所述镍基合金粉末包括Cr、Fe、Si、C和Ni，以质量百分比计，各组分分别为：Cr：14％-17％，Fe：12％-15％，Si：3％-4.5％，C：0.6％-1％，剩余为Ni。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种高镍铜合金玻璃模具强化方法，其特征在于：所述过渡层的厚度为1mm。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的一种高镍铜合金玻璃模具强化方法，其特征在于：所述S4中，强化层的厚度为1mm。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的一种高镍铜合金玻璃模具强化方法，其特征在于：所述过渡层粉末中，纯铜粉末所占重量比为20％。

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