鑄鋼基體雙金屬梯度制備鍛模新方法基礎及應用研究.pdf

1、為解決采用傳統(tǒng)制造方法制造鍛模，尤其是大型模鍛液壓機鍛模時遇到的模塊自由鍛難度大、鍛透性差、熱處理硬度低達不到要求、易出現熱處理裂紋、制造成本高、鍛模失效后廢棄導致的浪費嚴重等問題，本文發(fā)明了一種基于鑄鋼基體的雙金屬梯度層制備鍛模的方法，即將鍛?；w采用特種鑄鋼材料（JXZG材料）澆注成型，鍛模型腔基本形狀也一同澆注出來，再通過雙金屬梯度層連接制造方法（第一層焊材 JXHC1為強度硬度梯度過渡層，第二層焊材 JXHC2為高強度高硬度表面

2、層）連接堆焊，然后通過機械加工獲得最終鍛模型腔來制備大型模鍛液壓機鍛模。
　　本文通過有限元分析研究了鍛模在堆焊制造和服役狀態(tài)下雙金屬梯度區(qū)域及鑄鋼基體區(qū)域溫度場、應力場分布及承壓安全性，選擇了能滿足鍛模使用壽命的特種鍛?；w層、過渡層和強化層材料，通過試驗檢測了基體層與過渡層連接材料之間、過渡層與表面層的結合性能，并獲得了鍛模雙金屬梯度制造過程中各材料組織性能的變化規(guī)律；建立了雙金屬梯度層厚度合理匹配模型，獲得了在有足夠承壓能力

3、條件下不同受力型腔區(qū)域所需連接材料的厚度合理范圍，確定了鑄鋼基體型腔區(qū)域的形狀尺寸三維模型。
　　采用該方法進行了鍛模堆焊結構設計研究，通過實驗分析，鑄鋼基體（JXZG）拉伸屈服強度為520 MPa，過渡層焊材（JXHC1）拉伸屈服強度為893 MPa，表面強化層拉伸屈服強度達到1349 MPa。各層之間的主要元素在堆焊時均發(fā)生了相互擴散，形成了穩(wěn)固的冶金結合，其中鑄鋼基體與過渡層之間以及過渡層材料與表面層材料之間結合強度（熔合線

4、處剪切強度）分別達到707 MPa和1132 MPa，在整個堆焊結構中形成強度、硬度等性能的漸進及梯度變化。運用有限元模擬軟件對鑄鋼基體表面堆焊過程進行了模擬仿真，得到該工藝條件下鑄鋼基體型腔堆焊層的最低厚度為15 mm。并根據某大飛機起落艙橫梁在50 MN液壓機上鍛造過程模擬獲得的預終鍛模溫度場和應力場分布規(guī)律，結合所采用各層材料性能，首次建立了鍛模任意位置在變材料、變溫度條件下的應力、許用強度和安全系數分布圖，確定了鑄鋼基體與堆焊層

5、的安全理論分界線。
　　將研究成果首次應用于50MN液壓機用某大飛機起落艙橫梁預終鍛模的設計制造中，獲得該鍛件預鍛鍛模和終鍛鍛模鑄鋼基體、過渡層和表面層形狀尺寸結構模型。然后進行生產驗證，所得到的鍛件產品尺寸及性能檢測合格，滿足產品質量要求，鍛模在使用過程中的精度和性能能夠完全滿足要求，模鍛完成后的鍛模完好無損，鍛模無塌陷、裂紋和斷裂現象，驗證了該方法制備液壓機用鍛模的合理性與適用性。與5CrNiMo新制鍛模相比，提高鍛模壽命，降