【正文】 。如今鑄鐵材料在模具的生產(chǎn)中占有很大的比例，且成本低廉，可以進行鑄造、切削，通過一定的處理（熱處理、熔煉的孕育等）可使其力學(xué)性能在很寬的范圍內(nèi)變化。但其耐蝕性、力學(xué)性能等不能完全滿足使用性能。而通過堆焊合金，可提高其表面性能，節(jié)省模具鋼，同時也可以減少戰(zhàn)略性稀有元素的用量；基體與堆焊層材料接近，有益于界面的結(jié)合；而且鐵基材料的成本明顯比其它合金低，因此開發(fā)鐵基（灰鐵）材料的堆焊具有重要的戰(zhàn)略意義和經(jīng)濟價值 【2】、【3】 。 本課題國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 本課題工藝研究的起源堆焊技術(shù)在我國起源于 20 世紀(jì) 50 年代末，幾乎與焊接技術(shù)同步發(fā)展，發(fā)展初期主要用于修復(fù)領(lǐng)域，即恢復(fù)零件的形狀尺寸。60 年代已經(jīng)將恢復(fù)形狀尺寸與強化表面及表面改性相結(jié)合。改革開放后堆焊技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域進一步擴大，堆焊技術(shù)從修理業(yè)擴展到制造業(yè)。90 年代受先進制造技術(shù)理念的影響，堆焊方法與智能控制技術(shù)和精密磨削技術(shù)相結(jié)合的近凈形技術(shù)（Near Net Shape）引起了制造業(yè)的廣泛關(guān)注 【4】 。這也是堆焊技術(shù)從技藝走向科學(xué)的重要標(biāo)志，堆焊技術(shù)在我國歷經(jīng)近 50 年的風(fēng)雨歷程，不僅是延長材料或零件服役壽命的工藝方法 而且成為先進制造技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)，尤其是在模具刃口上，提高堆焊層金屬具有較高的硬度及合理的硬度梯度分布，同時具有良好的沖擊韌性、較高的強度以及高的耐磨性能和抗疲勞性能等等。堆焊技術(shù)的顯著特點是堆焊層與母材具有典型的冶金結(jié)合，堆焊層在服役過程中的剝落傾向小，而且可以根據(jù)服役性能選擇或設(shè)計堆焊合金，使材料或零件表面具有良好的耐磨、耐腐蝕、耐高溫、抗氧化、耐輻射等性能，在工藝上有很大的靈活性。主要應(yīng)用領(lǐng)域有汽車、拖拉機、冶金機械、礦山機械、動力機械、石油化工設(shè)備、工具模具及金屬工件的制造修復(fù)中等 【1】 。 本課題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀我國汽車工業(yè)的蓬勃快速發(fā)展，模具的使用也越來越多。優(yōu)質(zhì)、高效、低成本一直是制造技術(shù)發(fā)展追求的永恒的目標(biāo)，模具作為現(xiàn)代工業(yè)不可缺少的工藝裝備，是提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、節(jié)約能源和原材料、體現(xiàn)模具生產(chǎn)制品技術(shù)經(jīng)濟性地有效手段，已成為當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)的工藝發(fā)展方向和產(chǎn)品參與生產(chǎn)競爭的主要關(guān)鍵。目前，我國的模具壽命僅為工業(yè)發(fā)達國家先進水品的 2%～20%，不僅造成了原材料和能源的極大浪費，也嚴(yán)重制約了產(chǎn)品的發(fā)展和市場競爭力。隨著汽車市場的競爭日趨激烈，產(chǎn)品更新?lián)Q代加速，同時對汽車質(zhì)量的要求也越來越高，這些均給傳統(tǒng)的模具制造和維修帶來了很大的沖擊 【3】 【5】 。整個模具在使用過程中，由于所受的應(yīng)力狀態(tài)不同，其損壞的部位也不同，沖裁模以刃口磨損和崩口為主要失效形式。為了挽救失效模具，節(jié)省合金工具鋼，降低產(chǎn)品的制造成本,提高廠家的經(jīng)濟效益必須對模具進行修補。我國許多中小型廠家已經(jīng)采用刃口堆焊技術(shù)對失效模具進行修補，這是一項很有實用價值的新技術(shù)。刃口堆焊是直接在中碳鋼或鑄鋼模具工作零件上，用合金焊條堆焊獲得高硬度刃口的工藝方法。我國大部分汽車制造廠在修補沖裁模中就采用了此項技術(shù)，修補后的沖裁模刃口部分硬度可達到很高,同時還可延長模具的使用壽命,修補后的模具經(jīng)過精加工后尺寸均能達到設(shè)計要求 【6】 。國外模具制造行業(yè)對大型覆蓋件切邊模的刃口除采用鑲塊刃口空冷鋼實型鑄造外,在汽車車身沖模中用鑄鐵基體堆焊刃口已經(jīng)相當(dāng)成功和普遍。尤其在日本模具廠，在汽車覆蓋件沖模中采用鑄鐵基體堆焊刃口較為突出 【7】 。我國一些汽車廠引進的日本模具中切邊模采用堆焊刃口占有很大比例。 課題研究的主要內(nèi)容1）.分析覆蓋件沖模刃口的磨損情況，焊接材料，選擇合適的堆焊方法等。2）.通過一系列的實驗確定堆焊的工藝參數(shù)：焊前處理、堆焊電流、堆焊層、后處理等等。 3）.研究焊接材料對堆焊層組織、性能的影響，分析堆焊層組織和硬度。4）.對堆焊層的磨損情況及磨損量的分析。第二章 堆焊材料的選擇及實驗方案根據(jù)沖模刃口的磨損工況情況，在滿足使用條件的性能要求和經(jīng)濟上的合理性的前提下，合理的選擇堆焊材料是非常重要。但由于焊條、母材的選擇，對堆焊的工藝性能影響很大，往往決定著工藝的成敗。通過材料的選擇，制定出合理的工藝方案又是至關(guān)重要的。 覆蓋件沖模刃口的磨損分析金屬磨損是由于接觸面間的相互機械作用造成的金屬表面不斷損失或破壞的現(xiàn)象。它是一個復(fù)雜的微觀破壞過程，是金屬材料本身與它相互作用的材料以及工作環(huán)境綜合作用的結(jié)果。影響表面磨損的因素主要有材料的硬度、晶體結(jié)構(gòu)和晶體的互溶性、工作溫度等。對于金屬來說，表面常見的磨損形式有黏著磨損、磨料磨損、疲勞磨損、腐蝕磨損、沖擊磨損和微動磨損等 【1】 。由于覆蓋件模具在工作過程中，受力很復(fù)雜 【8】 。凹凸模的刃口端面和側(cè)面，在持續(xù)的高速下工作中，沖切并接觸表面粗糙、強度大金屬板料，產(chǎn)生強烈的摩擦出現(xiàn)的磨損，產(chǎn)生的沖擊磨損 【1】 ：當(dāng)硬質(zhì)顆?；虮砻娲植谖镌趬毫ψ饔孟拢瑢饘俦砻娴娘@微切割，產(chǎn)生的磨料磨損：當(dāng)模具連續(xù)作業(yè)時，使模具承受反復(fù)的加熱和冷卻的交變作用，會產(chǎn)生點蝕和剝落現(xiàn)象等，而產(chǎn)生的疲勞磨損。由此改變了沖件的尺寸，使增大了沖件的尺寸偏差和沖壓毛刺等。綜合上述分析，對于覆蓋件的模具來說，它主要的磨損形式有沖擊磨損、磨料磨損、疲勞磨損等。 堆焊材料的選擇 堆焊材料的選擇原則堆焊是以獲得特殊性能的表面層為目的的，堆焊材料的選擇對堆焊層的性能有著重要的影響，因此選擇堆焊材料必須遵循一定的原則：1）. 滿足零件在工作條件下使用的性能要求 【1】 。根據(jù)技術(shù)要求合理地選擇堆焊合金類型首先應(yīng)分析零件的工作狀況，確定零件的材質(zhì)。在此基礎(chǔ)上，選擇堆焊合金系統(tǒng)。這樣才能得到符合技術(shù)要求的表面堆焊層。堆焊過程中，以降低稀釋率為原則，選定堆焊工藝方法。由于零件的基體多是碳素鋼、低合金鋼、鑄鐵等，而表面堆焊層含合金元素較多，所以在進行表面堆焊時希望母材熔入焊縫的量越少越好，也就是使稀釋率最低，這樣才能保證表面堆焊層有良好的性能。2）.考慮良好的焊接性。堆焊層與基體金屬間應(yīng)有相近的性能通常堆焊層與基體的化學(xué)成分差別很大。為防止堆焊層與基體間在堆焊、焊后熱處理及使用過程中產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力與組織應(yīng)力，要求堆焊層與基體的熱膨脹系數(shù)和相變溫度應(yīng)該比較接近，否則，容易造成堆焊層的開裂及剝離。3）.堆焊的經(jīng)濟性。在選擇堆焊合金時要綜合考慮其經(jīng)濟性。所選用的堆焊合金一方面在使用性能能上大致相同的多種堆焊合金中是最便宜的一種，另一方面也應(yīng)當(dāng)是焊接工藝最簡便、加工費用最少的一種，還要考慮的是零件投入使用后的經(jīng)濟效益【9】 。 堆焊母材的選擇在低碳鋼或 45 鋼基體上堆焊冷沖模刃口的工藝已獲得很大的成功，并已在生產(chǎn)實踐中顯示出一定的優(yōu)越性 【10】 。它比整體碳素工具鋼制造的冷沖模生產(chǎn)加工周期短、壽命高、成本低。如今，汽車產(chǎn)業(yè)的激烈競爭，企業(yè)為了降低成本。能否在鑄鐵基體上堆焊冷沖模刃口是人們關(guān)心的問題。一方面，由于鑄鐵 C、Si 含量高，P、S 雜質(zhì)含量高，在焊接過程中冷卻速度快、受熱不均勻造成的較大的焊接應(yīng)力，焊接接頭容易出現(xiàn)白口及脆硬組織、焊接裂紋等 【11】 。另一方面，在鑄鐵基體上堆焊冷沖模刃口會使覆蓋件模具制造成本更低、加工周期更短 【9】 。為此，我們選擇的母材是鑄鐵基體。 堆焊合金的選擇堆焊合金中，合金元素對堆焊層影響很大。一方面，它影響著堆焊層中硬化相的形成，另一方面它影響著堆焊層基體組織。其主要合金元素是C、Gr 、Mo、Mn、Si、V 、Ni等。其主要作用 【12】 是：C：碳是決定堆焊層金屬硬度的主要元素，它不僅直接決定馬氏體的硬度、形態(tài)及性能，而且是保證形成適量碳化物的必要條件。 但含碳量增加會使焊接性能變差，焊接應(yīng)力變大，甚至開裂。Cr:鉻溶入奧氏體中提高鋼的淬透性,又可形成Gr 3C7提高鋼的耐磨性，并在一定程度上阻止馬氏體分解,提高鋼的回火穩(wěn)定性并產(chǎn)生二次硬化。Mn:加入適量錳能強烈提高淬透性,，增加堆焊層中殘余奧氏體含量，減少淬火變形和開裂。Si：硅幾乎全部溶于奧氏體或鐵素體中起固溶強化作用，硅能促進石墨化，在鑄鐵基體上堆焊時可減少過渡區(qū)的白口傾向，改善堆焊層金屬的結(jié)合性能。硅在起固溶強化作用的同時亦降低堆焊層金屬的塑性和韌性。增加脫碳傾向，加入量要合適。Mo：鉬顯著提高堆焊層金屬淬透性，并具有細(xì)化晶粒的作用，在提高材料強度的同時又能提高材料的韌性。鉬還可以顯著抑制第二類回火脆性。V：釩是強碳化物形成元素,VC具有很高的硬度和耐磨性，并多呈彌散分布，阻止堆焊層金屬晶粒的過分長大。Ni: 鎳和碳不形成碳化物，它是形成和穩(wěn)定奧氏體的主要元素。鎳和鐵以互溶的的形式存在于鋼中的ɑ相和r相中，使之強化，并通過細(xì)化ɑ相的晶粒改善鋼的韌性。鎳對鋼力學(xué)性能的影響是通過它對相變和顯微組織的影響而產(chǎn)生的。按照堆焊合金系分類有鐵基、鈷基和鎳基三大類。其中鐵基堆焊合金是堆焊材料中應(yīng)用最為廣泛的一種。鐵基堆焊合金由