模具制造隨著工業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展而不斷擴展，已在現(xiàn)代制造加工業(yè)特別是精密制造領(lǐng)域中獲得廣泛的應(yīng)用，能有效地提高材料的利用率和延長產(chǎn)品的使用壽命。隨著壓鑄行業(yè)的飛速發(fā)展，對壓鑄模具的綜合力學(xué)性能及使用壽命等提出更高要求，同時由于壓鑄模具的成本較高，模具在長期使用條件下由于高速、高壓、冷熱交替或交變載荷的工作環(huán)境引起模具表面或內(nèi)部出現(xiàn)腐蝕、磨損或裂紋導(dǎo)致模具性能下降，甚至?xí)?dǎo)致模具失效。模具的制造涉及材質(zhì)的選擇、復(fù)雜的精密加工和相關(guān)的熱處理制度，其制造成本高且周期長。因此，為避免模具由于出現(xiàn)裂紋或磨損等失效形式而影響生產(chǎn)，而采用模具修補焊接技術(shù)，該技術(shù)是一種解決模具表面失效的直接而有效的方法。激光熔焊技術(shù)作為一種高功率密度、能量集中、對焊材損失小，且便于實現(xiàn)自動化的高效精密焊接，可實現(xiàn)大熔深、低殘余應(yīng)力與變形的構(gòu)件焊接，因此激光修補模具焊接技術(shù)由于其成本低、周期短、修復(fù)效果好而成為一項常用的模具修補焊接技術(shù)，克服了冷焊和氬弧焊在修復(fù)模具精細表面上存在的不足。
 

　　1 試驗條件與設(shè)備

　　1.1 試驗條件

　　研究對象為有裂紋的發(fā)動機缸體壓鑄模具。模具材質(zhì)為 A-MAX鋼，采用真空電渣重熔工藝精煉，淬透性好，使用壽命為SKD61鋼的3-5倍，裂紋深度比SKD61鋼淺40%。該鋼具有優(yōu)異的抗龜裂性能、高溫韌性、高溫強度、耐火性能和耐高溫強度的性能，用于各類大型、復(fù)雜的壓鑄模具。模具幾何尺寸為200mm×120mm×10mm ，化學(xué)成分見表１。

 

 

　　試驗過程中，采用丙酮或無水乙醇代替工業(yè)清潔劑用于焊前的表面清潔，要反復(fù)清洗，才能滿足焊接要求，因為清洗不徹底或二次污染帶來的問題最終會導(dǎo)致修復(fù)質(zhì)量大大降低。
 

　　1.2 試驗設(shè)備

　　激光熔焊設(shè)備采用SLC數(shù)控激光多功能加工機，功率為5KW，波長為10.6μm，最小光斑直徑為0.12mm，焊接速度為1m/min，保護氣體為氬氣。

　　1.3 測試方法

　　采用HY－932型拉伸試驗機進行拉伸性能測試，按GB/T 228－2002標準，拉伸試樣總長度為200mm、段長度為95mm、圓弧半徑為20mm，測試溫度為常溫。

　　用QBG-25型高頻疲勞試驗機測試接頭的疲勞性能，疲勞試件按照國標GB/T 2015111－1994制作，循環(huán)應(yīng)力的應(yīng)力比為0.1，頻率為100Hz。為了減少試驗誤差，每種試樣進行2個平行樣的試驗。

　　2 試驗結(jié)果與分析

　　2.1 微觀組織分析

 

圖1 激光焊接修復(fù)后 Ａ－ＭＡＸ 鋼模具的顯微組織
 

　　從圖１可以看出，焊縫中心位置在兩極間薄板相接處。母材為奧氏體與鐵素體，焊縫中間為細晶組織，而熔合區(qū)的為柱狀晶，由于激光熔焊具有很高的峰值 溫度，較快焊接速度和冷卻速率等特點，使得A-MAX鋼模具的激光焊熱影響區(qū)很小，但仍可以看到在模具修復(fù)處接頭的熱影響區(qū)微觀組織為白色的鐵素體和黑色的珠光體組織。由圖1b可以看出，A-MAX鋼的焊縫區(qū)組織是較為細小淬火組織，同時還可觀察到有細小的板條狀馬氏體以及一些沿晶界分布的白色鐵素體組織。另外，A-MAX鋼焊縫處存在少量的細小析出物，這有利于提高A-MAX鋼模具修復(fù)處的強度。由于在激光焊接過程中，激光束的能量密度集中，而且激光的焊接速率相對較快，導(dǎo)致接頭熔融區(qū)的液態(tài)金屬將以較快的冷卻速率凝固，這就相當于焊縫區(qū)組織經(jīng)歷了一次快速淬火過程，得到了強度、硬度和塑性性能較好的板條狀馬氏體組織。
 

　　2.2 拉伸性能分析

 

圖2 拉伸試驗后的修復(fù)模具與全新模具試樣狀態(tài)圖
 

　　圖2為修復(fù)后模具與全新模具拉伸后試樣狀態(tài)圖。由圖2可看出，修復(fù)后模具的拉伸斷口出現(xiàn)在熔合區(qū)附近，全新模具的拉伸斷口出現(xiàn)在母材其他位置。

 

圖3 常溫下拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線
 

　　圖3為常溫下修復(fù)后模具與全新模具的拉伸應(yīng)力－應(yīng)變曲線?？梢钥闯?，拉伸試樣的變形隨著拉伸應(yīng)力的增加而增加，但并不成線性關(guān)系；當拉伸應(yīng)力在690MPa以下時，A-MAX鋼的應(yīng)變較為明顯，當拉伸應(yīng)力在750MPa以上變化時拉伸應(yīng)力與應(yīng)變呈近似線性關(guān)系。