一、熱鍛模具的失效形式
熱鍛模具使用過程中反復(fù)地與高溫狀態(tài)的毛胚接觸，在周期性的交變應(yīng)力作用下，模具材料尤其是表層的組織性能逐步發(fā)生轉(zhuǎn)變，最終導(dǎo)致失效。影響熱鍛模具壽命的主要因素有：熱疲勞(熱龜裂)、整體開裂、侵蝕和腐蝕、塑性變形等。斷裂失效一般被視為模具的早期失效模式，主要是模具鋼種選擇不當(dāng)或者熱處理工藝不合理造成的。具有較長模具壽命的磨損失效、變形失效及熱疲勞失效一般可視為模具的正常失效。熱鍛模具堆焊修復(fù)的主要任務(wù)就是針對熱鍛模具的失效模式，選擇性能優(yōu)良的堆焊合金，匹配相應(yīng)的堆焊工藝，盡可能提高模具的使用壽命。
一般來說，錘鍛模和機(jī)鍛模的特點如下。錘鍛模：相比磨損更易開裂；模具開裂是由于高沖擊載荷造成的；需要抗裂、高強(qiáng)度、抗沖擊、耐熱疲勞、耐磨、耐摩擦以及可加工的熔覆層；需要針對不同失效進(jìn)行復(fù)合修復(fù)。機(jī)鍛模：長時間接觸；沖擊力不如錘鍛模大；熱裂紋；清洗導(dǎo)致嚴(yán)重磨損；復(fù)合維修不常見；更長的生產(chǎn)運(yùn)行時間。
二、熱鍛模具的堆焊修復(fù)
2.1堆焊修復(fù)的優(yōu)點
近年來，熱鍛模具的需求量不斷增大，為了進(jìn)一步提高熱鍛模具的有效利用率，除選用先進(jìn)的鍛造工藝、合理的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計及冷熱加工工藝以外，還應(yīng)當(dāng)采用經(jīng)濟(jì)實用的熱鍛模具堆焊修復(fù)技術(shù)。
熱鍛模具堆焊修復(fù)是將填充金屬焊接在模具型腔損壞處的表面上，賦予已失效的鍛模新的使用性能的一種再制造工藝方法。即在模具型腔的任意損壞部位焊敷一層特殊的合金層，成為模具基體的一部分后再重新加工制造型腔。采用這種方法，可以降低成本，使鍛模起死回生，被修復(fù)的模具可以較原始模具進(jìn)一步提高模具型腔工作面的耐沖擊、耐磨損、耐腐蝕和耐熱等性能，使其綜合性能和使用壽命大大提高。熱鍛模堆焊要根據(jù)模具使用要求和模具鋼的品種選用合適的焊材。用堆焊修復(fù)熱鍛模具有很多好處，首先是節(jié)省模具成本，縮短產(chǎn)品開發(fā)時間。以往對失效熱鍛模具進(jìn)行修復(fù)是將模具有缺陷的型腔加工掉（有時要退火處理），重新制作型腔，重新熱處理。
堆焊修復(fù)技術(shù)操作簡單，只需清理型腔，將熱作模具缺陷處加工掉，然后堆焊，待將
堆焊材料按要求充填好有關(guān)部位后，再重新加工型腔即可，不需要如傳統(tǒng)修復(fù)模具那樣，將模具型腔只有局部缺陷的那一層連同沒有缺陷的部位完全加工掉。堆焊修復(fù)后的熱鍛模具再次損壞后可以繼續(xù)堆焊修復(fù)重新投入使用。通過采用合適的焊接材料，堆焊修復(fù)后的熱鍛模具，型腔表面性能比原模具還要高，壽命甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于沒有堆焊修復(fù)過初始使用的壽命，一般模具壽命都能提高50%~400%，從而減少換模次數(shù)，降低停機(jī)成本，提高生產(chǎn)效率。
堆焊工藝的主要特點有：在模具制造方面，簡化了設(shè)計結(jié)構(gòu)，節(jié)省了模具鋼用量，提高
了生產(chǎn)效率；在堆焊修復(fù)方面，由于采取對模具磨損處實施局部堆焊，在作業(yè)現(xiàn)場即可完成修復(fù)；修復(fù)后的模具因為采用了較高合金含量的焊材，其強(qiáng)度、硬度、韌性等性能都有顯著提高；可提高耐磨性與耐蝕性，從而延長零件壽命，節(jié)省制造及維修費用和周期，降低生產(chǎn)成本；可以經(jīng)濟(jì)地利用貴重合金元素，從而降低制造成本，也可以為企業(yè)節(jié)省維修的費用。
熱鍛模局部焊接修復(fù)(Localised Repair.)的優(yōu)勢有：快速維修；經(jīng)濟(jì)性好；很少或無需加
工；節(jié)省新模具的成本；焊接材料性能可能遠(yuǎn)超過母材；焊材選擇廣泛。
2.2 工藝選擇
模具堆焊是一種異質(zhì)材料的熔化焊，目前使用較多的堆焊方法主要有手工電弧堆焊法、氧-乙炔火焰堆焊法、埋弧堆焊法、氣體保護(hù)堆焊法、電渣堆焊法、等離子弧堆焊法等。上述焊接方法都可以用來堆焊修復(fù)模具，各種堆焊方法各有其優(yōu)缺點。實際生產(chǎn)中，手工電弧焊、熔化極氣體保護(hù)焊和鎢極氬弧焊是最常用的模具堆焊方法。鎢極氬弧焊可用于補(bǔ)焊小的表面缺陷或焊接截面類模具。熔化極氣體保護(hù)焊可用于大面積堆焊，如大型曲軸熱鍛模具等。手工電弧焊設(shè)備簡單、操作方便，非常適合熱鍛模局部修復(fù)時采用。
2.3 材料選擇
正確選擇熱鍛模堆焊金屬材料是一項復(fù)雜的工作。材料的選擇應(yīng)該充分滿足模具的工作條件和經(jīng)濟(jì)性，同時還要考慮工件的材質(zhì)、批量、合金的焊接性和擬采用的堆焊方法。模具的不同部位在工作時，受到的壓力、溫度也有所不同，所以出現(xiàn)的失效形式也不同；在不同的失效部位堆焊上具有特殊性能的材料，從而提高模具的使用壽命。
常用的熱鍛模堆焊材料有鐵基合金、鎳基合金、鈷基合金。鐵基焊材的優(yōu)勢有：經(jīng)濟(jì)性好、與母材類似的焊后熱處理、耐磨熔敷層的理想選擇、焊材選擇廣泛。鎳基焊材的優(yōu)勢有：通常可延長使用壽命、較少的預(yù)熱或焊后熱處理（通常情況下）、提高耐磨性、裂紋修復(fù)、高韌性熔敷層的理想選擇。鈷基焊材的優(yōu)勢有：熱作工模具的理想選擇、卓越的耐磨性、無需焊后熱處理、預(yù)熱。
堆焊材料選擇的主要因素有：熱鍛模材料、生產(chǎn)運(yùn)行長度、加工特性、焊工技能、熱處理方式預(yù)算、成品硬度要求、鍛件材料。
MWA在熱鍛行業(yè)有著幾十年的成功經(jīng)驗，可提供全系列的工模具焊接材料。MWA常用的熱鍛模具堆焊材料見文末附錄。
2.4 焊接工藝
① 焊前準(zhǔn)備。在堆焊工藝過程中，為了避免堆焊開裂和剝離等問題發(fā)生，需要將模具焊前預(yù)熱，焊后保溫緩冷，以防止應(yīng)力集中，進(jìn)而造成堆焊層開裂。堆焊前將待待堆焊的模具進(jìn)行相應(yīng)的處理，以獲得理想的堆焊效果。
首先清潔待焊部位并去除油污；其次將待焊部位修磨，裂紋處U型開槽而不是V型或L
型。
② 母材的預(yù)熱。熱作模具鋼含碳量較高，焊接性差，容易產(chǎn)生冷裂紋，故堆焊前必須對模具整體預(yù)熱。預(yù)熱要均勻，尤其是對大型模具。根據(jù)母材和選擇的焊材選擇合適的預(yù)熱溫度。
③ 焊接操作要點。推薦使用線狀焊道，不要過度擺動焊接；控制熱量輸入；不要在應(yīng)力集中處收弧，收弧時弧坑必須填滿以防裂紋；除此之外，正常焊接，最多3層。
2.5 焊后熱處理
經(jīng)過堆焊修復(fù)的模具，有一定的脆性和內(nèi)應(yīng)力。為了減少模具變形和開裂現(xiàn)象，必須進(jìn)行嚴(yán)格的焊后熱處理。用毯子、熱砂等盡可能緩慢地冷卻。如果需要應(yīng)力釋放，可在熔爐內(nèi)570℃溫度下2-3小時后緩慢冷卻。如果您使用鈷基焊條E3074應(yīng)用于修剪工具、沖頭等，則一般不需要焊后熱處理。
2.6 加工
加工非常重要。對于采用加工硬化的焊材如鈷基焊條E3074，工件在加工過程中會變硬，建議是慢慢切入，盡可能深入。如果是淺深度的快速切割，焊縫會變得非常堅硬和難以加工，這將導(dǎo)致大量的工具使用。
三、 熱鍛模焊接修復(fù)現(xiàn)狀
國內(nèi)一般使用5CrMnMo或5CrNiMo低合金熱作鋼，原始設(shè)計就加厚模具厚度。模
具失效后，重新加工模型，模塊向下落一定尺寸。一般設(shè)計至少可重新加工三到四次。低合金的原材料使毛坯成本下降。
國內(nèi)一般采用先加大毛胚件尺寸，然后通過機(jī)械加工解決毛胚鍛件精度問題。
國內(nèi)鍛模不需像國外那樣局部堆焊修復(fù)，每次重新下落即可。
不少國內(nèi)客戶將模具型腔連同沒有缺陷的部位完全加工掉，然后采用相對便宜的焊
材通過注滿法(Flood Welding)堆焊修復(fù)整個模具。跟局部修復(fù)法(Localised Repair.)相比，注滿法修復(fù)(Flood Welding)的劣勢有：成本高、周期長、焊材浪費、工具成本高、需要專業(yè)的設(shè)備、焊后熱處理。
國外精鍛件比例高，可節(jié)省昂貴的機(jī)械加工時間，因此對鍛模精度和壽命有更高要
求。
國外精鍛模除使用高合金熱作鋼之外，采用鈷基合金堆焊強(qiáng)化邊角易損區(qū)域，大幅
度提高精鍛壽命，毛胚尺寸精度得到保證。鈷基合金的優(yōu)點：最高的紅硬性，適合熱剪切、熱擠壓工況，允許使用溫度850℃；刃口因碳化物相強(qiáng)化，極其鋒利，適合沖剪鋼板或其他硬質(zhì)材料；鈷基合金是目前所有金屬材料中唯一抗黏著磨損的金屬材料；鈷基合金堆焊強(qiáng)化熱鍛模工藝成熟，易實施。相信隨國內(nèi)精鍛模使用比例的提高可以逐步得到推廣應(yīng)用。
