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目前热锻模具主要采用铸锭锻造+机加工或直接精密铸造的方法制造。这两种方法制造的模具往往为单一材料,当其长期在高温高压恶劣环境下服役时,易出现变形、裂纹、剥落等损伤,模具使用寿命低。针对目前模具采用单一材料制造寿命低的不足,采用电弧增材制造的方法实现模具梯度结构的制造,提高模具的使用寿命。针对航空飞机发动机高温合金盘模具的结构特点,设计出打底层、过渡层及硬面层的三层梯度结构模具;开发出打底层、过渡层及硬面层三种金属型药芯丝材。打底层采用与5CrNiMo模具钢相同的合金成分设计,但降低了C含量,提高了Cr、Mo含量,这样使得打底层有良好的抗裂性和韧性。过渡层合金成分设计是在打底层丝材的基础上,增加了C、Cr、Mo的含量,并加入适量V、W、Nb,使其具有更好的力学性能。硬面层合金成分设计是在过渡层的基础上,增加了C、Cr、Mo、V、W、Nb的含量,提高了硬面层高温力学性能和耐磨性。此外,在三种金属型药芯丝材中均加入了1%的NaF,提高电弧的稳定性,改善工艺性能。研制的三种金属型药芯丝材成形性良好,在不同工艺参数下飞溅率在2.5%以下,高速摄像观察电弧增材制造过程中电弧稳定,工艺性良好。研制的打底层金属型药芯丝材堆积金属的组织为细小铁素体+贝氏体;过渡层金属型药芯丝材堆积金属的组织为细小铁素体+珠光体+少量板条状马氏体及弥散分布其中的细小硬质相碳化物;硬面层金属型药芯丝材堆积金属的组织为板条状马氏体+少量残余奥氏体,并存在细小硬质相碳化物。硬面层堆积金属在700℃下抗拉强度为1404MPa,磨损失重率为0.11%,较5CrNiMo降低了35.29%,硬面层金属有良好的高温耐磨性能。打底层与5CrNiMo基体的界面结合强度为1013MPa,过渡层与打底层的界面结合强度为1162MPa,硬面层与过渡层的界面结合强度为1317MPa,相邻梯度层的结合良好,具有高的结合强度。研制的三种金属型药芯丝材在5CrNiMo上堆积成梯度结构试样,测量得出5CrNiMo硬度为245HV、抗拉强度为1005MPa,打底层硬度为345HV、抗拉强度为1145MPa,过渡层硬度为455HV、抗拉强度为1311MPa,硬面层硬度为550HV、抗拉强度为1436MPa。在5CrNiMo上堆积三种金属型药芯丝材可构建梯度结构模具。采用平面切片与偏置填充的路径规划策略,通过java编程得到机器人程序语言,实现航空飞机发动机高温合金盘模具梯度电弧增材制造。电弧增材制造模具的尺寸偏差在1mm以内,未发现裂纹、未熔合等缺陷,实际应用表明梯度结构模具有高的使用寿命。