壓鑄模具表面強化處理工藝
摘要(yao):熱處(chu)理(li)是提高壓鑄(zhu)模(mo)具(ju)使用壽命的重(zhong)要(yao)環節(jie)。調查表明:因熱處(chu)理(li)工藝或操作不當(dang)而導致模(mo)具(ju)斷裂失效占(zhan)失效總數的60%左右。因此,在壓鑄(zhu)模(mo)具(ju)生產中(zhong),需要(yao)進行正確(que)的熱處(chu)理(li)工藝操作。...
金屬壓鑄具有(you)生產效率高、節省原材料、降低生產成本、產品(pin)性(xing)能好和精度高等特點(dian),在(zai)生產上得到廣泛應用。
壓鑄模(mo)具(ju)的工作表面,直接(jie)與液態金屬接(jie)觸(chu),承受高(gao)壓、高(gao)速(su)流動的液態金屬的沖(chong)蝕和(he)加(jia)熱(re)(re),在工件脫模(mo)以后,又受到急速(su)冷(leng)卻,因此,熱(re)(re)疲勞開裂、熱(re)(re)磨損和(he)熱(re)(re)熔蝕是(shi)壓鑄模(mo)具(ju)常見的失(shi)效(xiao)形式,所以,要求(qiu)壓鑄模(mo)具(ju)有耐冷(leng)熱(re)(re)疲勞性(xing)(xing)能、高(gao)溫(wen)下的強度(du)和(he)韌性(xing)(xing)、耐液態金屬沖(chong)蝕性(xing)(xing)能、較高(gao)的耐熱(re)(re)性(xing)(xing)和(he)高(gao)的導熱(re)(re)性(xing)(xing)、良好的抗氧化性(xing)(xing)能和(he)高(gao)的淬透性(xing)(xing)及耐磨性(xing)(xing)等。
熱(re)處理(li)(li)是提(ti)高壓鑄(zhu)模(mo)具使用(yong)壽(shou)命(ming)的重要環節。調查表明:因熱(re)處理(li)(li)工藝(yi)或操作不當(dang)而導致模(mo)具斷裂失效(xiao)占失效(xiao)總數(shu)的60%左右(you)。因此,在壓鑄(zhu)模(mo)具生(sheng)產中,需要進(jin)行正確的熱(re)處理(li)(li)工藝(yi)操作。
一、壓鑄(zhu)模(mo)具的制造工藝路線
1.一般壓鑄(zhu)模
鍛(duan)造—球化退火—機械(xie)粗加工—穩定化處理—精加工成(cheng)形—淬火及回(hui)火—鉗工裝配。
2.形狀復雜、精度要求高的壓鑄模
鍛(duan)造—球化退火(或調質(zhi)處理)—粗(cu)加工—調質(zhi)—電加工或精加工成形—鉗工修磨—滲氮(dan)(或氮(dan)碳共滲)—研磨拋光。
二、壓(ya)鑄(zhu)模(mo)具常(chang)規(gui)熱處(chu)理(li)工藝(yi)
熱處理工藝(yi)在壓鑄模(mo)(mo)具制(zhi)造中(zhong)應用(yong)極(ji)為廣(guang)泛,它能提(ti)高模(mo)(mo)具零件的(de)使用(yong)性能,延長模(mo)(mo)具使用(yong)壽命。此(ci)外,熱處理還可以改善壓鑄模(mo)(mo)具的(de)加工工藝(yi)性能,提(ti)高加工質量,減少刀具磨損(sun),因此(ci),在模(mo)(mo)具制(zhi)造中(zhong)占有十分(fen)重要的(de)地位。
壓鑄模(mo)具主要(yao)用(yong)鋼來(lai)制(zhi)造,其(qi)制(zhi)造工序中的常規熱(re)(re)處理為:球(qiu)化退火、穩(wen)定(ding)化處理、調質和淬、回火。通(tong)過這些熱(re)(re)處理工藝對鋼的組織結構進(jin)行改變,使(shi)壓鑄模(mo)具獲得所需要(yao)的組織和性能。
1.預(yu)先處理(li)
鍛(duan)壓后的(de)壓鑄模(mo)模(mo)坯(pi),必須采用球化(hua)退(tui)火(huo)或調質(zhi)熱處理(li)(li),一方面消除應力降(jiang)低(di)硬度,便于(yu)(yu)切(qie)削加(jia)工,同時為(wei)最終熱處理(li)(li)做好組(zu)織(zhi)準備(bei)。退(tui)火(huo)后,可獲得(de)均勻的(de)組(zu)織(zhi)和彌(mi)散分布的(de)碳(tan)化(hua)物,以(yi)改善模(mo)具鋼的(de)強(qiang)韌(ren)性。由(you)于(yu)(yu)調質(zhi)處理(li)(li)的(de)效果優于(yu)(yu)球化(hua)退(tui)火(huo),所以(yi),強(qiang)韌(ren)性要求(qiu)高的(de)模(mo)具,常常以(yi)調質(zhi)代(dai)替球化(hua)退(tui)火(huo)。
2.穩(wen)定化處理(li)
壓鑄模一(yi)般(ban)來說型腔比較復(fu)雜,在粗(cu)加(jia)(jia)工(gong)時(shi)會產生(sheng)較大(da)的內應力,在淬火(huo)時(shi)會產生(sheng)變(bian)形。為了消(xiao)除應力,一(yi)般(ban)在粗(cu)加(jia)(jia)工(gong)后應進(jin)行去應力退火(huo),即穩定化處理。
其(qi)工藝為:加熱溫(wen)(wen)度650℃-680℃,保(bao)溫(wen)(wen)2-4h后(hou)出爐(lu)空冷。形狀較(jiao)復雜(za)的壓鑄(zhu)模需爐(lu)冷至400℃以下出爐(lu)空冷。模具淬火(huo)(huo)回火(huo)(huo)后(hou)進(jin)行電火(huo)(huo)花(hua)加工,加工表面會產生變質層(ceng),易引起(qi)線切割裂紋,也應(ying)(ying)進(jin)行較(jiao)低溫(wen)(wen)度的去應(ying)(ying)力退火(huo)(huo)。
3.淬火預熱
壓鑄模用鋼多為高(gao)合金鋼,因其導熱(re)性差,在淬火加熱(re)時(shi)必須緩慢(man)進行,常采取預熱(re)措施。對(dui)于防變形要求(qiu)不(bu)高(gao)的(de)模具,在不(bu)產(chan)生開裂的(de)情況下(xia),預熱(re)次數(shu)可以少(shao)些,但防變形要求(qiu)高(gao)的(de)模具,必須多次預熱(re)。較低溫度(du)(400℃-650℃)的(de)預熱(re),一般在空氣爐中進行;較高(gao)溫度(du)的(de)預熱(re),應采用鹽浴爐,預熱(re)時(shi)間(jian)仍按(an)1 min/mm計。
4.淬火加熱(re)
對于典型壓鑄模用鋼(gang)來說,高(gao)(gao)(gao)的淬(cui)火(huo)(huo)加(jia)熱(re)(re)溫度有(you)(you)利(li)于提高(gao)(gao)(gao)熱(re)(re)穩定性和抗軟化(hua)的能力,減(jian)輕熱(re)(re)疲勞傾向,但會引起(qi)晶(jing)粒(li)長大和晶(jing)界形(xing)成碳化(hua)物(wu),使韌性和塑性下降,導致嚴重開裂。因此,壓鑄模要求有(you)(you)較(jiao)高(gao)(gao)(gao)韌性時(shi)(shi),往(wang)往(wang)采用低溫淬(cui)火(huo)(huo),而要求具(ju)有(you)(you)較(jiao)高(gao)(gao)(gao)的高(gao)(gao)(gao)溫強度時(shi)(shi),則采用較(jiao)高(gao)(gao)(gao)溫度淬(cui)火(huo)(huo)。
為了獲得(de)良好的(de)高溫(wen)(wen)性能(neng),保(bao)證碳化物能(neng)充(chong)分地溶解,得(de)到成分均勻的(de)奧氏(shi)體,壓鑄模(mo)的(de)淬(cui)火保(bao)溫(wen)(wen)時間都(dou)比(bi)較長,一般(ban)在鹽浴(yu)爐中加(jia)熱(re)保(bao)溫(wen)(wen)系數取(qu)0.8-1.0 min/mm。
5.淬火(huo)冷卻
對(dui)于形狀(zhuang)簡(jian)單、防變(bian)形要(yao)求不(bu)高的壓(ya)鑄(zhu)模采用油冷(leng);而(er)形狀(zhuang)復(fu)雜、防變(bian)形要(yao)求高的壓(ya)鑄(zhu)模采用分級淬火。為(wei)了防止變(bian)形和開裂(lie),無論(lun)采用什(shen)么冷(leng)卻方式,都不(bu)允(yun)許冷(leng)至室溫,一般應冷(leng)到(dao)150℃-180℃、均熱一定時間(jian)后立(li)即回火,均熱時間(jian)可按0.6 min/mm計算。
6.回(hui)火
壓鑄模必須充分(fen)回(hui)火(huo)(huo),一般(ban)回(hui)火(huo)(huo)三次。第一次回(hui)火(huo)(huo)溫(wen)度選在二次硬(ying)化的(de)溫(wen)度范(fan)圍;第二次回(hui)火(huo)(huo)溫(wen)度的(de)選擇要使模具達到所(suo)要求的(de)硬(ying)度;第三次回(hui)火(huo)(huo)要低于第二次l0℃-20℃。回(hui)火(huo)(huo)后均采用油(you)冷或(huo)空冷,回(hui)火(huo)(huo)時間不(bu)少于2 h。
三、壓(ya)鑄模具表(biao)面強化處理工藝
常規的(de)總體淬(cui)火(huo)已(yi)很難滿足(zu)壓鑄(zhu)模具(ju)高的(de)表面耐磨性(xing)和基(ji)體的(de)強韌(ren)性(xing)要求。
表(biao)(biao)面(mian)強化處理不僅(jin)能(neng)提高壓鑄模具表(biao)(biao)面(mian)的(de)耐磨(mo)性(xing)及其(qi)他(ta)性(xing)能(neng),而且(qie)能(neng)使(shi)基體(ti)保持(chi)足夠的(de)強韌(ren)性(xing),同時防止熔融金屬(shu)粘模、浸蝕,這對改善(shan)壓鑄模具的(de)綜合(he)性(xing)能(neng),節約(yue)合(he)金元素,大幅(fu)度(du)降(jiang)低成本,充分發揮材料的(de)潛力,以及更好地利(li)用新材料,都是十分有效(xiao)的(de)。
生產實踐表明,表面強化處理是提高壓鑄(zhu)模(mo)具(ju)質量和延(yan)長(chang)模(mo)具(ju)使用壽命的(de)重要措施。壓鑄(zhu)模(mo)具(ju)常采用的(de)表面強化處理工(gong)藝有:滲碳(tan)、滲氮(dan)、氮(dan)碳(tan)共滲、滲硼(peng)、滲鉻和滲鋁等。
1.滲(shen)碳
滲碳(tan)是(shi)(shi)目前機(ji)械工(gong)業中(zhong)應用最廣泛的一種化(hua)學熱處理(li)方(fang)法。其工(gong)藝(yi)特點是(shi)(shi):將(jiang)中(zhong)低高(gao)碳(tan)的低合金(jin)模(mo)具(ju)鋼和(he)中(zhong)高(gao)碳(tan)的高(gao)合金(jin)鋼模(mo)具(ju)在增碳(tan)的活性介質(滲碳(tan)劑)中(zhong),加熱到900℃-930℃,使碳(tan)原子滲入模(mo)具(ju)表面層,繼之(zhi)以淬火(huo)并低溫(wen)回(hui)火(huo),使模(mo)具(ju)的表層和(he)心部具(ju)有不同的成分、組織和(he)性能。
滲碳(tan)又分(fen)為固體(ti)(ti)滲碳(tan)、液體(ti)(ti)滲碳(tan)和氣(qi)體(ti)(ti)滲碳(tan)。近期又發展到(dao)可(ke)控氣(qi)氛滲碳(tan)、真空滲碳(tan)和苯離子滲碳(tan)等(deng)。
滲(shen)(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)工(gong)(gong)藝應(ying)用于(yu)冷、熱作和(he)(he)塑料模(mo)具(ju)表(biao)面強化中,都能提高模(mo)具(ju)壽(shou)命。如3Cr2W8V鋼(gang)制的(de)(de)壓鑄(zhu)模(mo)具(ju),先(xian)滲(shen)(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)、再(zai)經1140~1150℃淬火,550℃回火兩次(ci),表(biao)面硬度可(ke)達HRC56~61,使壓鑄(zhu)有色金屬及(ji)其(qi)合金的(de)(de)模(mo)具(ju)壽(shou)命提高1.8~3.0倍。進行(xing)滲(shen)(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)處(chu)理(li)時,主要的(de)(de)工(gong)(gong)藝方法有固(gu)體(ti)粉末滲(shen)(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)、氣(qi)體(ti)滲(shen)(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)、以及(ji)真空滲(shen)(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)、離(li)子滲(shen)(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)和(he)(he)在滲(shen)(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)氣(qi)氛中加入氮(dan)元素形成(cheng)的(de)(de)碳(tan)(tan)氮(dan)共滲(shen)(shen)(shen)(shen)等。其(qi)中,真空滲(shen)(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)和(he)(he)離(li)子滲(shen)(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)則是近20年來發(fa)(fa)展起來的(de)(de)技(ji)術,該(gai)技(ji)術具(ju)有滲(shen)(shen)(shen)(shen)速快、滲(shen)(shen)(shen)(shen)層均勻、碳(tan)(tan)濃度梯度平緩以及(ji)工(gong)(gong)件變形小等特點,將會在模(mo)具(ju)表(biao)面尤其(qi)是精密模(mo)具(ju)表(biao)面處(chu)理(li)中發(fa)(fa)揮越(yue)來越(yue)重要的(de)(de)作用。
2.滲氮
將氮滲(shen)入(ru)鋼表面的(de)過程稱為鋼的(de)氮化(hua)(hua)。氮化(hua)(hua)能(neng)使模具零(ling)件獲得比滲(shen)碳更高的(de)表面硬度、耐磨(mo)性(xing)能(neng)、疲勞(lao)性(xing)能(neng)、紅硬性(xing)和耐蝕性(xing)能(neng)。因(yin)為氮化(hua)(hua)溫(wen)度較低(500-570℃),氮化(hua)(hua)后模具零(ling)件變形較小(xiao)。
滲(shen)氮(dan)(dan)方法有(you)固體(ti)滲(shen)氮(dan)(dan)、液體(ti)滲(shen)氮(dan)(dan)和(he)氣體(ti)滲(shen)氮(dan)(dan)。目(mu)前,正在廣(guang)泛應用離子滲(shen)氮(dan)(dan)、真空滲(shen)氮(dan)(dan)、電解催(cui)滲(shen)滲(shen)氮(dan)(dan)和(he)高頻滲(shen)氮(dan)(dan)等(deng)新技術,縮短了滲(shen)氮(dan)(dan)時(shi)間,并可獲得高質量的滲(shen)氮(dan)(dan)層。
3.氮碳共滲
氮(dan)(dan)碳共滲(shen)(shen)(shen)是在含(han)有活性(xing)碳、氮(dan)(dan)原子的(de)(de)介質中同時(shi)滲(shen)(shen)(shen)入氮(dan)(dan)和碳,并以(yi)滲(shen)(shen)(shen)氮(dan)(dan)為(wei)主(zhu)的(de)(de)低溫氮(dan)(dan)碳共滲(shen)(shen)(shen)工藝(yi)(530℃-580℃)。氮(dan)(dan)碳共滲(shen)(shen)(shen)的(de)(de)滲(shen)(shen)(shen)層(ceng)脆性(xing)小,共滲(shen)(shen)(shen)時(shi)間(jian)比滲(shen)(shen)(shen)氮(dan)(dan)時(shi)間(jian)大為(wei)縮(suo)短(duan)。壓鑄模經氮(dan)(dan)碳共滲(shen)(shen)(shen)后,可顯著(zhu)提高其熱疲(pi)勞性(xing)能。
惡劣的工作條件,要求壓鑄模具有(you)良好的高溫力學性(xing)(xing)能、耐冷熱(re)疲勞(lao)性(xing)(xing)能、耐液態金屬沖蝕性(xing)(xing)能、抗氧化性(xing)(xing)能和高的淬透性(xing)(xing)及耐磨性(xing)(xing)等,熱(re)處理(li)是(shi)決定這些性(xing)(xing)能的主(zhu)要制造工藝(yi)。
4.氮碳共滲
氮(dan)碳(tan)共(gong)滲(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)是在含有(you)活性(xing)碳(tan)、氮(dan)原子的介質中同(tong)時滲(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)入氮(dan)和碳(tan),并以滲(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)氮(dan)為主的低溫氮(dan)碳(tan)共(gong)滲(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)工藝(530℃-580℃)。氮(dan)碳(tan)共(gong)滲(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)的滲(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)層脆(cui)性(xing)小,共(gong)滲(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)時間(jian)比(bi)滲(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)氮(dan)時間(jian)大為縮短。壓鑄模經氮(dan)碳(tan)共(gong)滲(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)后(hou),可顯著提(ti)高其(qi)熱疲勞性(xing)能。
惡劣的工(gong)作條件(jian),要(yao)求壓鑄(zhu)模(mo)具有良好(hao)的高(gao)溫力學性(xing)(xing)能(neng)、耐冷熱疲(pi)勞性(xing)(xing)能(neng)、耐液態金屬沖蝕性(xing)(xing)能(neng)、抗氧化(hua)性(xing)(xing)能(neng)和高(gao)的淬(cui)透(tou)性(xing)(xing)及耐磨性(xing)(xing)等,熱處理(li)是決定這些性(xing)(xing)能(neng)的主(zhu)要(yao)制(zhi)造工(gong)藝。
壓鑄模(mo)具的熱處(chu)理(li),就是通過對鋼的組織結構進行改變,使模(mo)具表面獲(huo)得很高的硬度(du)及耐磨性,而心部(bu)仍具有足(zu)夠的強度(du)和韌性,同時(shi)有效防止熔(rong)融金屬粘模(mo)、浸蝕(shi)。選用恰當的熱處(chu)理(li)工(gong)藝,可減少廢(fei)品和顯著提高模(mo)具使用壽命。
隨著我國汽車摩(mo)托車工業的迅速(su)發展(zhan),壓(ya)(ya)(ya)鑄(zhu)(zhu)行業迎來了(le)(le)發展(zhan)的新時期。同時,也對壓(ya)(ya)(ya)鑄(zhu)(zhu)模具(ju)的綜合力學性(xing)(xing)能(neng)、壽(shou)命等提(ti)出(chu)了(le)(le)更高(gao)(gao)(gao)的要(yao)求。要(yao)滿足(zu)不(bu)斷(duan)提(ti)高(gao)(gao)(gao)的使用(yong)性(xing)(xing)能(neng)需(xu)求僅(jin)僅(jin)依靠(kao)新型模具(ju)材料(liao)的應用(yong)仍然很(hen)難(nan)滿足(zu)用(yong)戶的需(xu)求,必須將(jiang)各(ge)種(zhong)表面處理技術應用(yong)到壓(ya)(ya)(ya)鑄(zhu)(zhu)模具(ju)的表面處理當中(zhong)才能(neng)達(da)到對壓(ya)(ya)(ya)鑄(zhu)(zhu)模具(ju)高(gao)(gao)(gao)效(xiao)率、高(gao)(gao)(gao)精度(du)和高(gao)(gao)(gao)壽(shou)命的要(yao)求。在各(ge)種(zhong)模具(ju)中(zhong),壓(ya)(ya)(ya)鑄(zhu)(zhu)模具(ju)的工作(zuo)條件是(shi)較(jiao)為苛刻(ke)的。壓(ya)(ya)(ya)力鑄(zhu)(zhu)造是(shi)使熔(rong)融金屬在高(gao)(gao)(gao)壓(ya)(ya)(ya)、高(gao)(gao)(gao)速(su)下充滿模具(ju)型腔(qiang)而壓(ya)(ya)(ya)鑄(zhu)(zhu)成型,在工作(zuo)過程中(zhong)反復與熾(chi)熱金屬接觸,因此要(yao)求壓(ya)(ya)(ya)鑄(zhu)(zhu)模具(ju)有較(jiao)高(gao)(gao)(gao)的耐熱疲勞、導熱性(xing)(xing)耐磨性(xing)(xing)、耐蝕(shi)性(xing)(xing)、沖擊(ji)韌性(xing)(xing)、紅硬性(xing)(xing)、良好的脫模性(xing)(xing)等,各種壓鑄模具(ju)表面處理新技術(shu)不斷(duan)涌現。
由于壓(ya)鑄(zhu)(zhu)模(mo)具(ju)(ju)(ju)的(de)(de)材(cai)料(liao)多種多樣(yang),同(tong)樣(yang)的(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)處(chu)理(li)(li)(li)技(ji)術(shu)和工藝應用在(zai)不(bu)同(tong)的(de)(de)材(cai)料(liao)上也會產生不(bu)同(tong)的(de)(de)效(xiao)果(guo)。史可夫(fu)提(ti)出針對(dui)模(mo)具(ju)(ju)(ju)基(ji)材(cai)和表(biao)(biao)面(mian)處(chu)理(li)(li)(li)技(ji)術(shu)的(de)(de)基(ji)材(cai)預處(chu)理(li)(li)(li)技(ji)術(shu),在(zai)傳統工藝的(de)(de)基(ji)礎(chu)上,對(dui)不(bu)同(tong)的(de)(de)模(mo)具(ju)(ju)(ju)材(cai)料(liao)提(ti)出適合(he)的(de)(de)加工工藝,從而改善模(mo)具(ju)(ju)(ju)性(xing)能,提(ti)高模(mo)具(ju)(ju)(ju)壽命。熱(re)處(chu)理(li)(li)(li)技(ji)術(shu)改進的(de)(de)另一個發展(zhan)方向,是將傳統的(de)(de)熱(re)處(chu)理(li)(li)(li)工藝與先進的(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)處(chu)理(li)(li)(li)工藝相結合(he),提(ti)高壓(ya)鑄(zhu)(zhu)模(mo)具(ju)(ju)(ju)的(de)(de)使用壽命。如將化學熱(re)處(chu)理(li)(li)(li)的(de)(de)方法碳氮共滲,與常規淬(cui)火(huo)、回火(huo)工藝相結合(he)的(de)(de)NQN(即(ji)碳氮共滲-淬(cui)火(huo)-碳氮共滲)復(fu)合(he)強化,不(bu)但得(de)(de)到(dao)較高的(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)硬(ying)度,而且(qie)有效(xiao)硬(ying)化層深度增加、滲層硬(ying)度梯度分布合(he)理(li)(li)(li)、回火(huo)穩(wen)定性(xing)和耐蝕性(xing)提(ti)高,從而使得(de)(de)壓(ya)鑄(zhu)(zhu)模(mo)具(ju)(ju)(ju)在(zai)獲得(de)(de)良好(hao)心部性(xing)能的(de)(de)同(tong)時,表(biao)(biao)面(mian)質量和性(xing)能大幅(fu)提(ti)高。
壓(ya)鑄模具的表(biao)面處理(li)技(ji)(ji)術要求較(jiao)高,近年來各(ge)種壓(ya)鑄模具表(biao)面處理(li)新技(ji)(ji)術不斷涌現
表面改進(jin)技術(shu)
一、表面熱擴滲技術
表面熱擴散技術(shu)這一類型中包括有(you)滲(shen)(shen)碳、滲(shen)(shen)氮、滲(shen)(shen)硼以(yi)及(ji)碳氮共滲(shen)(shen)、硫碳氮共滲(shen)(shen)等(deng)。
1、 滲碳和碳氮共滲
滲碳(tan)(tan)工(gong)藝應(ying)用于冷、熱作和塑料模具(ju)(ju)表面(mian)強化中,都能提高模具(ju)(ju)壽命。進行(xing)滲碳(tan)(tan)處理時,主要的工(gong)藝方法有固體粉末滲碳(tan)(tan)、氣體滲碳(tan)(tan)、以(yi)及真空滲碳(tan)(tan)、離子滲碳(tan)(tan)和在滲碳(tan)(tan)氣氛中加入氮(dan)元素形(xing)成的碳(tan)(tan)氮(dan)共滲等。
其中,真空(kong)滲(shen)碳和離(li)子滲(shen)碳則是近20年來(lai)發(fa)展(zhan)起來(lai)的技術,該(gai)技術具有(you)滲(shen)速快、滲(shen)層均(jun)勻(yun)、碳濃度梯(ti)度平(ping)緩以及工件(jian)變(bian)形(xing)小(xiao)等(deng)特點(dian),將會在模(mo)具表面尤其是精(jing)密模(mo)具表面處理中發(fa)揮越(yue)來(lai)越(yue)重要(yao)的作用。
2、滲氮及有關的低溫熱擴滲技術
這一類型中包括滲氮(dan)、離子滲氮(dan)、碳氮(dan)共(gong)滲、氧氮(dan)共(gong)滲、硫(liu)(liu)氮(dan)共(gong)滲以(yi)及硫(liu)(liu)碳氮(dan)、氧氮(dan)硫(liu)(liu)三元(yuan)共(gong)滲等方法。
這(zhe)些方法處(chu)理工藝簡便、適應(ying)性(xing)強、擴滲溫度較低(一(yi)般為480~600℃)、工件變形小,尤(you)其適應(ying)精密模(mo)具的表面強化,而且氮化層硬度高、耐磨性(xing)好,有較好的抗(kang)粘模(mo)性(xing)能。
3、滲硼
由于滲硼(peng)層(ceng)的(de)高硬度(FeB:HV1800~2300、Fe2B:HV1300~1500)、耐磨(mo)性(xing)(xing)(xing)和紅硬性(xing)(xing)(xing),以及一定的(de)耐蝕性(xing)(xing)(xing)和抗粘(zhan)著(zhu)性(xing)(xing)(xing),滲硼(peng)技術(shu)在(zai)模(mo)具工業中獲得較好的(de)應用效果。
但因(yin)壓鑄(zhu)模具(ju)工(gong)作條(tiao)件十分(fen)苛刻,故滲硼(peng)工(gong)藝(yi)較(jiao)少應用(yong)于(yu)(yu)壓鑄(zhu)模具(ju)表(biao)面處(chu)理(li)中,但近年來,出(chu)現了(le)改進的(de)滲硼(peng)方法,解決(jue)了(le)上述問題,而(er)得(de)以應用(yong)于(yu)(yu)壓鑄(zhu)模具(ju)的(de)表(biao)面處(chu)理(li)。
如多元、涂(tu)劑(ji)粉末滲(shen)(shen)等。涂(tu)劑(ji)粉末滲(shen)(shen)硼(peng)的(de)方(fang)法是將硼(peng)化合物和其他滲(shen)(shen)劑(ji)混合后涂(tu)覆在壓(ya)鑄模具表面,待液體揮發后,再(zai)按照一般(ban)粉末滲(shen)(shen)硼(peng)的(de)方(fang)法裝(zhuang)箱密封,920℃加熱并保(bao)溫(wen)8h,隨(sui)之空冷(leng)。
這種方法可以獲得致密、均勻的滲(shen)層,模具表面滲(shen)層硬度(du)、耐(nai)磨性(xing)和彎曲強度(du)都(dou)得到(dao)提高(gao),模具使用壽(shou)命平均提高(gao)2倍以上。
4、稀土表面強化
近年來,在模(mo)具(ju)表(biao)(biao)面強(qiang)化(hua)中(zhong)采用加入稀土(tu)元素的(de)方法(fa)得到廣泛推崇。這是因為稀土(tu)元素具(ju)有提高(gao)滲速、強(qiang)化(hua)表(biao)(biao)面及凈化(hua)表(biao)(biao)面等多種功能耐磨焊條,它對改(gai)善模(mo)具(ju)表(biao)(biao)面組織(zhi)結構,表(biao)(biao)面物(wu)理、化(hua)學及力學性能均有極(ji)大地影響,可提高(gao)滲速、強(qiang)化(hua)表(biao)(biao)面、生(sheng)成(cheng)稀土(tu)化(hua)合(he)物(wu)。
同時可(ke)消(xiao)除分布在(zai)晶(jing)界上微量雜(za)質的(de)(de)有(you)(you)(you)害作(zuo)(zuo)用,起著強化(hua)和穩定(ding)模具型腔表(biao)面(mian)晶(jing)界的(de)(de)作(zuo)(zuo)用。另外,稀土元素與(yu)鋼中的(de)(de)有(you)(you)(you)害元素發(fa)生作(zuo)(zuo)用,生成高熔點化(hua)合物,又可(ke)抑制(zhi)這些有(you)(you)(you)害元素在(zai)晶(jing)界上偏聚,從而降低深層的(de)(de)脆性等。
在壓(ya)鑄模具表面(mian)強化處(chu)理工藝中加(jia)入稀土(tu)元素成分,能(neng)夠明(ming)顯提高各種滲(shen)入法的滲(shen)層厚度(du)、提高表面(mian)硬(ying)(ying)度(du),同時使得滲(shen)層組織細小彌散、硬(ying)(ying)度(du)梯度(du)下降(jiang),從(cong)而使得模具的耐磨性(xing)、抗冷(leng)、熱(re)疲勞性(xing)能(neng)等顯著(zhu)提高,從(cong)而大(da)幅度(du)提高模具壽命。
目前(qian)應用于壓鑄(zhu)模具型腔表面的處理方法有:稀土碳(tan)共(gong)滲(shen)、稀土碳(tan)氮共(gong)滲(shen)、稀土硼共(gong)滲(shen)、稀土硼鋁共(gong)滲(shen)、稀土軟氮化、稀土硫(liu)氮碳(tan)共(gong)滲(shen)等。
激光表面處理
激(ji)光(guang)表(biao)面處理是使用激(ji)光(guang)束(shu)進(jin)行加熱,使工(gong)件表(biao)面迅速熔化一定深度(du)的薄(bo)層,同時采用真(zhen)空蒸鍍、電鍍、離子(zi)注入等方法(fa)把合金(jin)元素涂(tu)覆于工(gong)件表(biao)面,在(zai)(zai)激(ji)光(guang)照射下使其與基體金(jin)屬(shu)充分融合,冷(leng)凝后在(zai)(zai)模具(ju)表(biao)面獲得厚度(du)為10~1000μm具(ju)有特殊性能的合金(jin)層,冷(leng)卻(que)速度(du)相當于激(ji)冷(leng)淬火。
如在H13鋼(gang)表(biao)面采用激光快速(su)熔融工藝進行(xing)處理,熔區具有(you)較(jiao)高(gao)的(de)硬度和(he)良好(hao)的(de)熱穩定性,抗塑(su)性變(bian)形能力高(gao),對疲勞裂紋的(de)萌生和(he)擴展有(you)明(ming)顯(xian)的(de)抑制作用。
涂(tu)鍍技術(shu)
涂鍍技術作為模具強化技術的一種,主要應用在塑料模、玻璃模、橡膠模、沖壓模等工作環境相對簡單的模具表面處理。壓(ya)鑄模(mo)具需要承受冷熱應力(li)交替的苛刻環境,所以一般不使用(yong)涂鍍技術來強化壓(ya)鑄模(mo)具表(biao)面。
但近年來,有報(bao)道采(cai)用(yong)化(hua)學復合鍍的(de)方(fang)法強(qiang)化(hua)壓(ya)鑄模具表面(mian),以(yi)提高模具表面(mian)抗(kang)粘著性、脫模性。該(gai)方(fang)法在鋁基(ji)壓(ya)鑄模具上將聚(ju)四氟(fu)乙烯(xi)(xi)微粒浸(jin)潤后進行(NiP)-聚(ju)四氟(fu)乙烯(xi)(xi)復合鍍。
實驗證明,此方法在工藝上和性能上均為可行,大大降低了模具表面的摩擦系數。
模具(ju)壓(ya)力加工是機械制造的(de)重(zhong)(zhong)要(yao)組成部(bu)分,而模具(ju)的(de)水(shui)平、質量和(he)壽命則與模具(ju)表面強(qiang)化技(ji)術休戚相關(guan)。鑒于表面處理(li)是提高壓(ya)鑄模具(ju)壽命的(de)重(zhong)(zhong)要(yao)手(shou)段之一,因此要(yao)提高我國壓(ya)鑄模具(ju)生產整(zheng)體水(shui)平,表面處理(li)技(ji)術將起著舉足輕重(zhong)(zhong)的(de)作用。