32600字硕士毕业论文模具毕业论文范文:Cr13Mo1Si1V1钢模具激光焊接链修复技术分析
论文类型：硕士毕业论文
论文字数：32600字
论点：冷作,模具,激光
论文概述：
随着冷作模具向小型或超大型、精密、复杂的方向发展，原有的传统冷作模具修复技术由于技术本身缺陷已不能胜任修复的要求。激光堆焊技术以本身的优点顺应时发表展的需求，脱颖而出。然
论文正文：
介绍
1.1冷加工模具
冷加工模具主要包括:冲压模具、冷镦模具、冷挤压模具、拉伸模具、拉伸模具、滚压模具、剪切模具等。冷加工模具的工作条件不完全相同。其主要特点是:模具工作温度不高，工作部件承受很大的压力、摩擦力、拉力和冲击力。特别是，模具的刀刃受到强烈的摩擦和挤压。冷加工模具的正常失效模式主要是磨损。然而，如果模具的材料选择、热处理或结构设计不当，由于变形、边缘断裂和开裂，往往会发生早期失效。一般来说，各种故障的比例为:热处理52.2%；原材料占17%；使用率为10%。机械加工率为8.9%。锻造为7.8%；设计为3.3%。
为了确保冷加工模具的使用寿命，冷加工模具材料应具有以下基本机械性能。
(1)高硬度是模具材料的重要性能指标。根据冷加工模具的不同工作条件，硬度值可在54-64HRC范围内选择。一般来说，下限要求韧性高，中间限值要求强度和韧性好。
(2)高耐磨性是冷加工模具的基本性能要求，因为冷加工模具的正常失效主要是由磨损引起的。冷加工模具的磨损主要是磨损、粘着磨损和疲劳磨损。一般硬度高，耐磨性好。然而，对于疲劳磨损，当冲击载荷较大时，过度的硬度会加速磨损(此时需要适当的硬度和韧性)。在钢的组织中，分布在贝氏体和马氏体基体上的细小均匀碳化物具有最好的耐磨性。
(3)高强度和足够的韧性为了防止冷加工模具的变形、碎裂和开裂，材料必须具有高强度和足够的韧性。抗压强度和弯曲强度通常用作冷加工模具材料的强度指标(因为抗压试验更接近模具的应力形式，而弯曲试验更适合塑性较低的冷加工模具材料)。
(4)热处理变形应小。冷加工模具材料应具有良好的淬透性和硬化能力，以确保冷加工模具能够在相对温和的冷却介质中硬化，并减少模具变形和开裂的趋势，这对于形状复杂的模具尤其重要。
(5)适当的热稳定性尽管冷加工模具在室温下工作，但对于具有高速冲裁或严重摩擦和磨损的冷加工模具，表面温度往往会迅速升高。如果材料的热稳定性差，模具会因温度升高而软化工作部件。此外，冷加工模具材料还应具有良好的可锻性和可加工性，以满足模具制造的要求。拉伸强度有时被用作强度指数。
因为材料的韧性由强度和塑性决定。当强度相等时，塑性好的材料一般具有较高的韧性。低塑性冷加工工具钢通常用断裂挠度fb来评价，fb用来间接反映材料的韧性差异。对于承受大冲击载荷的模具钢，冲击吸收功Ak常用于比较不同材料的韧性。此外，模具材料中不可避免会出现裂纹(尤其是大尺寸模具)，冷加工模具材料大多是高强度、低塑性材料，因此小裂纹容易造成低应力脆性断裂。因此，还需要冷加工模具材料的断裂韧性(至少对于重要的大型模具而言)。
1.2激光堆焊技术
1.2.1激光堆焊技术的原理和特点
激光堆焊包括激光熔覆、激光合金化和其他工艺。激光熔覆是材料表面熔化强化技术的一种重要方法。它是一种快速凝固工艺，使用高能量密度激光束将具有不同成分和性能的合金与基底表面快速熔化，从而与基底表面上的基底形成具有完全不同成分和性能的合金层。激光熔覆和激光合金化的区别在于基体对表面合金的稀释很小。通常，选择具有高硬度、良好耐磨性、耐热性、耐腐蚀性和耐疲劳性的材料作为覆层材料。与传统的熔覆工艺相比，该工艺具有以下优点:合金层与基体可以形成冶金结合，大大提高了熔覆层与基体的结合强度；由于加热速度快，熔覆层结构均匀致密，微缺陷少，性能优于其他工艺。包覆层的稀释度小，可以精确控制，基体热影响区和基体的变形可以减小到最小。
2试验材料、设备和方法
2.1试验材料
试验中使用的材料是冷加工模具钢Cr13Mo1Si1V1，长20毫米、宽20毫米、厚5毫米。该材料在1030℃淬火，在+500℃回火。其具体化学组成见表2.1。Cr13Mo1Si1V1钢是一种新型高碳铬型空冷硬化工具钢和模具钢。正常热加工后的亚稳态结构为马氏体+合金碳化物+残余奥氏体。未锻造和压碎的粗共晶碳化物以网状分布在奥氏体晶粒周围。以一定的小变形比锻造或轧制后，“硬网”被破碎成棱角分明的粗碳化物。粗碳化物和基体之间的边界作为裂纹源，降低了材料的韧性和使用寿命。只有当材料的碳化物均匀而精细地分散时，才能提高材料的韧性和使用寿命。Cr13Mo1Si1V1钢比传统Cr12 Mo钢和Cr12钢具有更好的热处理工艺性。其耐磨性、淬透性和硬化能力均优于Cr 12 Mo钢和cr12mo钢。由于其残余碳化物细小、分布均匀、韧性好、淬透性好、二次硬化特性好，具有高硬度、高耐磨性、中等韧性和优异的不变形特性。其典型应用是冷成型模具、成型辊、铰刀、圆柱塞规、剪切刀片等。
3测试结果和分析...................36-58
3.1激光表面自熔焊接工艺参考...................36-41
3.1.1脉冲能量...................36-37
3.1.2脉冲宽度...................37-39[/溴/] 3.1.3脉冲频率...................39[/溴/] 3.1.4光斑直径...................39-41
3.2激光表面自熔焊接工艺参数的优化...................41-47[/溴/] 3.2.1脉冲能量和焊缝熔深之间的关系...................41-45[/溴/] 3.2.2功率密度范围的确定...................45-46 [/BR/] 3.2.3焊接裂纹缺陷分析...................46-47 [/BR/] 3.3激光填充焊丝焊接工艺参数对焊缝截面形状的影响...................47-57[/溴/] 3.3.1功率密度对导线扩展状态的影响...................47-50[/溴/] 3.3.2激光线直径对线扩展状态的影响...................50-52 [/BR/] 3.3.3不同填料焊接工艺参数下的接头显微组织分析...................52-57 [/BR/] 3.4模拟故障模具的修理...................57-58通过激光填充焊接
结论
本试验采用直径分别为0.30毫米和0.50毫米的
8407激光焊丝，采用钕钇铝石榴石脉冲激光焊接工艺对基材Cr13Mo1Si1V1钢进行堆焊。首先，对钢进行脉冲激光表面自熔焊接。通过工艺参数优化和缺陷分析，得出了新型模具材料Cr13Mo1Si1V1主要工艺参数的加工范围，并制定了脉冲激光充丝堆焊工艺。通过对堆焊焊缝形貌和堆焊层显微组织的分析，得出最佳修复工艺。
(1)在钕钇铝石榴石脉冲激光焊接工艺参数中，脉冲能量和脉冲宽度是两个关键参数:脉冲能量越大，焊缝熔深和表面宽度增加越明显；脉冲宽度越大，焊缝表面宽度减小越多，接头热影响区面积增大。脉冲频率和光斑直径对焊缝的横截面形状和尺寸影响很小，光斑直径仅用于调节激光辐射面积。
(2)激光热传导焊接过程中，脉冲能量与焊缝熔深有一定的线性关系。进入深熔焊后，由于小孔效应，熔深在急剧增加到一定程度后不会增加。当脉冲宽度和光斑直径选择较小时，焊缝容易出现晶体裂纹和飞溅。
(3)当功率密度为0.29×106 ~ 0.31×106 w/cm2(其中t=5.0ms，d=0.70mm)时，直径为D=0.50mm的激光焊丝在基体材料上具有良好的扩散状态，在焊丝与基体材料形成良好冶金结合的同时保证了较小的稀释率。
(4)随着功率密度的增加，堆焊层金属组织中会出现隐晶马氏体，碳化物会细化和分散，残余奥氏体量会增加。然而，热影响区和熔合区的金属结构没有改变，只有碳化物得到了细化。当功率密度为0.29×106W/cm2时，堆焊层和热影响区的金属结构与母材相似。
(5)性能试验采用激光填丝焊修复模拟的失效模具试验进行。堆焊层的硬度值与母材相似，而熔合区和热影响区的硬度高于母材。用钕钇铝石榴石脉冲激光在Cr13Mo1Si1V1冷加工模具钢表面堆焊8407焊丝时，在实验条件下，功率密度为0.29×106W/cm2(E=5.5J，t=5.0ms，f=11Hz，d=0.70mm)是最佳工艺。
参考
[1]陈严斌。现代激光焊接技术[。北京:科学出版社，2005。
[2]曾善奇，丁毅。死亡、生活和失败[。北京:化学工业出版社，2004。
[3]模具实用技术系列编委会。模具材料和使用寿命[。北京:机械工业出版社。2000.
[4]李保岭，刘徐红。激光熔覆技术在轴类零件表面修复中应用的实验研究[。应用激光，2007(4):290-294。
[5]张国顺。现代激光制造技术[。北京:化学工业出版社。2006.
[6]张永康。激光加工技术[。北京:化学工业出版社，2004
[7]关钟真。[激光加工技术手册。天津:中国计量出版社，1998。
[8]阎书和，钟林敏。高功率激光加工与应用[。天津:天津科技出版社。1992.
[9]侯徐明。工程材料和成型工艺[。北京:化学工业出版社，2003。
[10]吴赵翔，高峰。模具材料和表面处理[。北京:高等教育出版社，2002。