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压铸模具,模具寿命,表面处理技术,激光表面处理,氮化处理

压铸模具是模具中的1个大类。随着我国汽车摩托车工业的迅速发展,压铸行业迎来了发展的新时期。同时,也对压铸模具的综协力学性能、寿命等提出了更高的要求。要满足不断提高的使用性能需求仅仅依托新型模具材料的利用依然很难满足,必须将各种表面处理技术利用到压铸模具的表面处应当中才能到达对压铸模具高效力、高精度和遐龄命的要。在各种模具中,压铸模具的工作条件是较为刻薄的。压力铸造是使熔融金属在高压、高速下充满模具型腔而压铸成型,在工作进程中反复与灼热金属接触,因此要求压铸模具有较高的耐热疲劳、导热性耐磨性、耐蚀性、冲击韧性、红硬性、良好的脱模性等。因此,对压铸模具的表面处理技术要求较高最近几年来,各种压铸模具表面处理新技术不断出现,但总的来讲可以分为以下3个大类:(1)传统热处理工艺的改进技术;(2)表面改性技术,包括表面热扩渗处理、表面相变强化、电火花强化技术等;(3)涂镀技术,包括化学镀等。

传统的压铸模具热处理工艺是淬火-回火,以后又发展了表面处理技术。由于可作为压铸模具的材料多种多样,一样的表面处理技术和工艺利用在不同的材料上会产生不同的效果。史可夫最近提出针对模具基材和表面处理技术的基材预处理技术,在传统工艺的基础上,对不同的模具材料提出合适的加工工艺,从而改良模具性能,提高模具寿命。热处理技术改进的另外一个发展方向,是将传统的热处理工艺与先进的表面处理工艺相结合,提高压铸模具的使用寿命。如将化学热处理的方法碳氮共渗,与常规淬火、回火工艺相结合的NQN(即碳氮共渗-淬火-碳氮共渗)复合强化,不但得到较高的表面硬度,而且有效硬化层深度增加、渗层硬度梯度散布公道、回火稳定性和耐蚀性提高,从而使得压铸模具在取得良好心部性能的同时,表面质量和性能大幅提高。

这1类型中包括有渗碳、渗氮、渗硼和碳氮共渗、硫碳氮共渗等。

渗碳工艺利用于冷、热作和塑料模具表面强化中,都能提高模具寿命。如3Cr2W8V钢制的压铸模具,先渗碳、再经1140~1150℃淬火,550℃回火两次,表面硬度可达HRC56~61,使压铸有色金属及其合金的模具寿命提高1.8~3.0倍。进行渗碳处理时,主要的工艺方法有固体粉末渗碳、气体渗碳、和真空渗碳、离子渗碳和在渗碳气氛中加入氮元素构成的碳氮共渗等。其中,真空渗碳和离子渗碳则是近20年来发展起来的技术,该技术具有渗速快、渗层均匀、碳浓度梯度平缓和工件变形小等特点,将会在模具表面特别是精密模具表面处理中发挥愈来愈重要的作用。

这1类型中包括渗氮、离子渗氮、碳氮共渗、氧氮共渗、硫氮共渗和硫碳氮、氧氮硫3元共渗等方法。这些方法处理工艺简便、适应性强、扩渗温度较低(1般为480~600℃)、工件变形小,特别适应精密模具的表面强化,而且氮化层硬度高、耐磨性好,有较好的抗粘模性能。

3Cr2W8V钢压铸模具,经调质、520~540℃氮化后,使用寿命较不氮化的模具提高2~3倍。美国用H13钢制作的压铸模具,很多都要进行氮化处理,且以渗氮代替1次回火,表面硬度高达HRC65~70,而模具心部硬度较低、韧性好,从而取得良好的综协力学性能。氮化工艺是压铸模具表面处理经常使用的工艺,但当氮化层出现薄而脆的白亮层时,没法抵抗交变热应力的作用,极易产生微裂纹,下降热疲劳抗力。因此,在氮化进程中,要严格控制工艺,避免脆性层的产生。最近,国外提出采取2次和屡次渗氮工艺。采取反复渗氮的办法可以分解容易在服役进程中产生微裂纹的氮化物白亮层,增加渗氮层厚度,并同时使模具表面存在很厚的残余应力层,使模具的寿命得以明显提高。另外还有采取盐浴碳氮共渗和盐浴硫氮碳共渗等方法。这些工艺在国外利用较为广泛,在国内较 少见。如TFI+ABI工艺,是在盐浴氮碳共渗后再于碱性氧化性盐浴中浸渍。工件表面产生氧化,呈黑色,其耐磨性、耐蚀性、耐热性均得到了改良。经此方法处理的铝合金压铸模具寿命提高数百小时。再如法国开发的硫氮碳共渗落后行氮化处理的oxynit工艺,利用于有色金属压铸模具则更具特点。

由于渗硼层的高硬度(FeB:HV1800~2300、Fe2B:HV1300~1500)、耐磨性和红硬性,和1定的耐蚀性和抗粘着性,渗硼技术在模具工业中取得较好的利用效果。但因压铸模具工作条件10分刻薄,故渗硼工艺较少利用于压铸模具表面处理中,但最近几年来,出现了改进的渗硼方法,解决了上述问题,而得以利用于压铸模具的表面处理,如多元、涂剂粉末渗等。涂剂粉末渗硼的方法是将硼化合物和其他渗剂混合后涂覆在压铸模具表面,待液体挥发后,再依照1般粉末渗硼的方法装箱密封,920℃加热并保温8h,随之空冷。这类方法可以取得致密、均匀的渗层,模具表面渗层硬度、耐磨性和曲折强度都得到提高,模具使用寿命平均提高2倍以上。

最近几年来,在模具表面强化中采取加入稀土元素的方法得到广泛推重。这是由于稀土元素具有提高渗速、强化表面及净化表面等多种功能〔13〕,它对改良模具表面组织结构,表面物理、化学及力学性能均有极大地影响,可提高渗速、强化表面、生成稀土化合物。同时可消除散布在晶界上微量杂质的有害作用,起着强化和稳定模具型腔表面晶界的作用。另外,稀土元素与钢中的有害元素产生作用,生成高熔点化合物,又可抑制这些有害元素在晶界上偏聚,从而下降深层的脆性等。在压铸模具表面强化处理工艺中加入稀土元素成份,能够明显提高各种渗透法的渗层厚度、提高表面硬度,同时使得渗层组织细小弥散、硬度梯度降落,从而使得模具的耐磨性、抗冷、热疲劳性能等显著提高,从而大幅度提高模具寿命。目前利用于压铸模具型腔表面的处理方法有:稀土碳共渗、稀土碳氮共渗、稀土硼共渗、稀土硼铝共渗、稀土软氮化、稀土硫氮碳共渗等。

最近几年来由于冷焊技术的发展,使得表面处理技术得到很大的提高,特别是ESD-05上市以后,可使用碳化物等不同材质的焊材对表面进行处理,这类方式方便简单,本钱低,使用方便。同时效果也好,渐渐的已成为行业的主选。

激光表面处理是使用激光束进行加热,使工件表面迅速融化1定深度的薄层,同时采取真空蒸镀、电镀、离子注入等方法把合金元素涂覆于工件表面,在激光照耀下使其与基体金属充分融会,冷凝后在模具表面取得厚度为10~1000m具有特殊性能的合金层,冷却速度相当于激冷淬火。如在H13钢表面采取激光快速熔融工艺进行处理,熔区具有较高的硬度和良好的热稳定性,抗塑性变形能力高,对疲劳裂纹的萌发和扩大有明显的抑制作用。最近,萨哈和达霍特若采取在H13基材上进行激光熔覆VC层的方法,研究表明,取得的模具表面实质是连续、致密无孔的VC钢复合覆层,它不但有很强的在600℃下的氧化抗力,而且有很强的抗熔融金属还原的能力〔19〕。23电火花沉积金属陶瓷工艺在表面改性技术的不断发展中,出现了1种电火花沉积工艺。该工艺在电场作用下,在母材表面产生瞬间高温、高压区,同时渗透离子态的金属陶瓷材料,构成表面的冶金结合,而母材表面也同时产生瞬间相变,构成马氏体和微细奥氏体组织〔20〕。这类工艺不同于焊接,也不同于喷镀或元素渗透,应当是介于二者之间的1种工艺。它很好地利用了金属陶瓷材料的高耐磨、耐高温、耐腐蚀的特性,而且工艺简单,本钱较低廉。是压铸模具表面处理的1条新路。

WS焊机与激光焊机的原理是1样的,都是通过脉冲点焊的方式进行的。相对激光焊来讲更方便更灵活,焊丝直径0.1⑵.0mm,同时上面内置氩弧焊的功能,这样更方便灵活。

涂镀技术作为模具强化技术的1种,主要利用在塑料模、玻璃模、橡胶模、冲压模等工作环境相对简单的模具表面处理。压铸模具需要承受冷热应力交替的刻薄环境,所以1般不使用涂镀技术来强化压铸模具表面。但最近几年来,有报导采取化学复合镀的方法强化压铸模具表面,以提高模具表面抗粘着性、脱模性。该方法在铝基压铸模具上将聚4氟乙烯微粒浸润落后行(NiP)-聚4氟乙烯复合镀。实验证明,此方法在工艺上和性能上均为可行,大大下降了模具表面的磨擦系数。

模具压力加工是机械制造的重要组成部份,而模具的水平、质量和寿命则与模具表面强化技术休戚相干。随着科学技术的进步,最近几年来各种模具表面处理技术出现较大的进展。表现在:①传统的热处理工艺的改进及其与其他新工艺的结合;②表面改性技术,包括渗碳、低温热扩渗(各种渗氮、碳氮共渗、离子氮化、3元共渗等)、盐浴热扩渗、渗硼、稀土表面强化、激光表面处理和电火花沉积金属陶瓷等;③涂镀技术等方面。但对工作条件极其刻薄的压铸模具而言,现有新的表面处理工艺还没法满足不断增长的要求,可以预计更加先进的技术,也有望利用于压铸模具的表面处理。鉴于表面处理是提高压铸模具寿命的重要手段之1,因此要提高我国压铸模具生产整体水平,表面处理技术将起着举足轻重的作用。

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