大型超高强度钢模锻用锻模夹心层再制造方法基础及应用研究

摘要

难变形材料（超高强度钢、钛合金等）大型锻件在8万吨压机上锻造时，成形温度更高，变形抗力更大，并且在锻造成形过程中由于保压要求，锻件与模具接触时间更长，导致模具承受压力显著增高，型腔表层温升快，温度迅速升高至700 ℃以上。采用常规5CrNiMo或H13钢材料制备的该类模具，在高温高压长时间的工作状态下，出现了变形加剧、磨损严重，模具寿命极低等问题，导致生产成本急剧上升。为此，本文在项目组原有发明（铸钢基体双金属梯度堆焊制备大型锻模新方法）基础上提出了一种大型锻模夹心层（再）制造新方法，即在模具基体与过渡层之间堆焊一层封闭的塑性比两者更好的止裂软材料一夹心层焊材。在高压下，允许夹心层堆焊材料发生较大弹性变形甚至微小塑性变形，将模具型腔下面的集中峰值应力迅速扩散衰减，并以近似均匀分布应力传递到基体层上，从而使基体所受的最大应力减低，承压时更加安全。为了将大量失效模具进行有效的循环再利用，本文首先在现有5CrNiMo失效模具上进行夹心层梯度堆焊再制造，大幅提高模具寿命。
　　本文运用有限元模拟软件Deform3D对某800MN液压机用起落架锻模的锻造成形过程进行数值模拟，通过对锻造成形过程中的温度场、应力场、承压安全性的分析，进一步优化堆焊层结构。结合5CrNiMo基体性能参数，选用夹心层JX09焊材，过渡层JX20焊材和表面层JX22焊材，得到锻模型腔内部在满足工作条件下的应力和许用强度分布图，确定了5CrNiMo基体与梯度堆焊层的安全理论分界线。得到5CrNiMo基体”夹心层”梯度堆焊方法再制造的某大飞机起落架锻模的梯度堆焊结构模型。针对该方法制备试样并进行实验检测，分析了梯度结构中各材料的力学性能，各梯度层之间的结合性能，各层材料的显微硬度和微观组织等。在梯度堆焊结构中实现了力学性能、硬度的梯度递增和均匀过渡。JX09焊材和JX20焊材与5CrNiMo基体结合强度分别达到786Mpa和802Mpa，可以有效避免开裂和脱落等缺陷。JX09与JX20之间和JX20与JX22之间的结合强度分别达到了1130Mpa和988MPao利用设计的方法指导制造了800MN液压机用某型号超高强度钢起落架的锻模再制造过程，并进行了生产试制。在第一批次六件产品锻造完成后，再制造锻模状态良好，未出现裂纹，塑性变形等缺陷，表面层基本保持原状，变形量较原5CrNiMo模具非常小。生产的锻件尺寸精度和性能优越且稳定。在寿命大幅度提升的同时，模具综合成本降低了近50％，生产试验验证了采用夹心层梯度堆焊方法再制造锻模的合理性与适用性。

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中文摘要

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1 绪 论

1 .1选题背景

1 .2国内外研究现状及进展

1 .3本文研究目的及意义

1 .4本文研究内容

2 夹心层梯度堆焊制造方法工艺分析及试验研究

2 .1引言

2 .2液压机锻模

2 .3夹心层梯度堆焊制造工艺

2 .4试验研究

2 .5本章小结

3 夹心层梯度堆焊方法试验分析

3 .1引言

3 .2成分和组织分析

3 .3室温下力学性能分析

3 .4高温力学性能分析

3 .5冲击断口分析

3 .6显微硬度分析

3 .7结合强度分析

3 .8本章小结

4 超高强度钢起落架模锻用锻模设计与再制造

4 .1引言

4 .2锻件分析

4 .3模拟方案

4.4 A100超高强度钢飞机起落架模锻成形过程模拟结果及分析

4 .5超高强度钢A100飞机起落架锻模耐磨性能分析

4 .6本章小结

5 夹心层梯度堆焊再制造起落架锻模应用

5.1 800MN液压机用锻模生产试制情况

5 .2锻后模具检测

5 .3本章小结

6 结论及展望

6 .1结论

6 .2工作展望

致谢

参考文献

附录

A.作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录

B.作者在攻读学位期间取得的科研成果目录

C.作者在攻读学位期间参加的科研项目