多单元同质金属叠锻生产模具钢模块的方法

摘要

一种多单元同质金属叠锻生产模具钢模块的方法，解决现有技术存在的铸锭过程中由于注速、铸温控制不当，使得铸成的钢锭内部存在空洞、裂纹、偏析等缺陷，成材率低，影响模具钢模块质量的问题。该方法包括：把轧制板坯作为金属单元体，将堆叠的板坯单元体装入到由普通碳钢焊接成的箱体内，并对箱体进行抽真空和密封；根据锻件内部空洞型缺陷闭合条件制定锻造和加热工艺，使金属板坯单元体通过高温保压焊合成整体坯料；拆除箱体后将板坯单元体返炉进行高温扩散，再把坯料锻造至模具钢模块要求的尺寸。该方法避免了浇筑钢锭常见的偏析、夹杂、缩孔、疏松、裂纹等缺陷，提升了模具钢模块的整体质量，提高了材料的利用率，降低了能耗，经济效益明显。

主权项

一种多单元同质金属叠锻生产模具钢模块的方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、根据材质计算焊合所需应变量及温度等因素的影响，依据在锻件的生产过程中，锻坯内部宏观与微观空洞型缺陷的闭合条件：${\gamma }_s\left(\frac{{\sigma }_m}{{\sigma }_s}\right)=-F\left(V_0\right)$式中：γ_s——八面体的切应变V₀——原始的空洞率其中，确定空洞的面积，再根据空洞面积确定板坯单元体的截面尺寸，选择出合适尺寸的轧制板坯；步骤二、多个相同材质的金属板坯单元体在进行堆叠之前，对板坯单元体的接触面进行处理，首先去除板坯单元体表面的氧化皮，然后用有机溶剂清洗板坯单元体的表面；以确保板坯单元体需要焊接的接触面高度清洁，无杂质、油渍及表面氧化物等残留，尽可能地减少模具钢模块的缺陷；步骤三、将清洁后的板坯单元体逐层堆叠，然后快速地转入到由普通碳钢焊接成的箱体内，堆叠的板坯单元体装箱后，焊接上箱体盖，然后将箱体内部抽真空，并对整个箱体进行密封；步骤四、将内部装有堆叠板坯单元体的箱体放在加热炉的垫铁上，单元体的堆叠面平行于水平面，然后开始对箱体进行加热，加热工艺为：在350℃保温4小时后，以小于或等于50℃/小时的升温速率将温度升高到650℃，在650℃保温7小时，然后再以50℃/小时的升温速率将温度升高到850℃，并在850℃保温9小时后，以50℃/小时的升温速率，使温度上升到1200℃，最后在1200℃保温20小时；步骤五、把加热后的箱体吊装到水压机的墩粗平台上，对箱体以及其内部的堆叠板坯单元体进行墩粗保压焊合，墩粗保压焊合的温度、保温时间和焊接比压三者满足菲克第二定律，使板坯单元体的裂隙型缺陷充分的焊合；菲克第二定律指出，在非稳态扩散过程中，在距离x处，浓度随时间的变化率等于该处的扩散通量随距离变化率的负值，即$\frac{\partial C}{\partial t}=-\frac{\partial J}{\partial x}$将代入上式，得$\frac{\partial C}{\partial t}=-\frac{\partial }{\partial x}\left(D\frac{dC}{dx}\right)$式中：t——扩散时间(s)C——扩散物质的体积浓度(kg/m³)x——距离(m)板坯单元体的裂纹在墩粗保压焊合过程中，经过裂尖钝化、裂纹分节、裂腔球化、空洞愈合及质量均匀化等阶段，最终完成愈合；步骤六、拆除堆叠板坯单元体外侧的箱体，然后将板坯单元体返炉；步骤七、对墩粗保压焊合的堆叠板坯单元体进行高温扩散处理，裂隙型缺陷的焊合是通过原子扩散来实现的，原子扩散走过的平均距离与扩散时间的平方根成正比，一般满足以下公式：$X=K\sqrt{\tau }$式中：X——原子的平均距离τ——保温时间K——常数，与材质有关步骤八、锻造至模具钢模块要求的尺寸。