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压铸模具是模具中的一个大类

放大字体  缩小字体 发布日期:2012-09-26  浏览次数:126
核心提示:压铸模具是模具中的一个大类。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, 也对压铸模具的综合力学性能、寿命等提 出了更高的要求。
压铸模具是模具中的一个大类。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, 也对压铸模具的综合力学性能、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, 仅仅依靠新型模具材料的应用仍然很难满足, 必须将 各种表面处理技术应用到压铸模具的表面处理当中, 才能达到对压铸模具高效率、高精度和高寿命的要 求〔1 ,2〕。 在各种模具中, 压铸模具的工作条件是较为苛刻 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, 在工作过程中反复与炽热金属接 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〔3〕。因此, 对压铸模具的表面处理技术要求较高。 近年来, 各种压铸模具表面处理新技术不断涌 现, 但总的来说可以分为以下三个大类: (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。 1 传统热处理工艺的改进技术
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, 同样的表面处理技术和工艺应用在不同的 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适合的加工工艺, 从而改善模具性能, 提高模具寿命〔4〕。 热处理技术改进的另一个发展方向, 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、渗层硬度梯度分布 合理、回火稳定性和耐蚀性提高, 从而使得压铸模具 在获得良好心部性能的同时, 表面质量和性能大幅提 高〔5〕。 ·1130 ·
铸造 FOUNDRY Vol152 Dec. 2003 2 表面改性技术 No112
211 1
表面热扩渗技术
这一类型中包括有渗碳、渗氮、渗硼以及碳氮共 渗、硫碳氮共渗等。 21111 渗碳和碳氮共渗
渗碳工艺应用于冷、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HRC 56~61 , 使压铸有色金属及 其合金的模具寿命提高118~310 倍〔6〕。 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、以及真空渗碳、离子渗碳和在渗碳气 氛中加入氮元素形成的碳氮共渗等。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、碳浓度梯度平缓以及工件变 形小等特点, 将会在模具表面尤其是精密模具表面处 理中发挥越来越重要的作用。 21112 渗氮及有关的低温热扩渗技术
这一类型中包括渗氮、离子渗氮、碳氮共渗、氧 氮共渗、硫氮共渗以及硫碳氮、氧氮硫三元共渗等方 法。这些方法处理工艺简便、适应性强、扩渗温度较 低(一般为480~600 ℃) 、工件变形小, 尤其适应精 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, 不少都要进行氮化处理, 且以渗氮代替一次回火, 表面硬度高达HRC 65~ 70 , 而模具心部硬度较低、韧性好, 从而获得优良的 综合力学性能〔6〕。 氮化工艺是压铸模具表面处理常用的工艺, 但当 氮化层出现薄而脆的白亮层时, 无法抵抗交变热应力 的作用, 极易产生微裂纹, 降低热疲劳抗力。因此, 在氮化过程中, 要严格控制工艺, 避免脆性层的产 生〔7 ,8〕。最近, 国外提出采用二次和多次渗氮工 艺〔9〕。采用反复渗氮的办法可以分解容易在服役过 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〔10〕, 使模 具的寿命得以明显提高。 此外还有采用盐浴碳氮共渗和盐浴硫氮碳共渗等 方法〔11〕。这些工艺在国外应用较为广泛, 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。工件表面发生氧化, 呈黑 色, 其耐磨性、耐蚀性、耐热性均得到了改善。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后进行氮化处理的oxynit 工 艺, 应用于有色金属压铸模具则更具特点〔11〕。 21113 渗硼
由于渗硼层的高硬度( FeB : HV1800 ~ 2300 、 Fe2B : HV1300~1500) 、耐磨性和红硬性, 以及一定 的耐蚀性和抗粘着性, 渗硼技术在模具工业中获得较 好的应用效果。但因压铸模具工作条件十分苛刻, 故 渗硼工艺较少应用于压铸模具表面处理中, 但近年 来, 出现了改进的渗硼方法, 解决了上述问题, 而得 以应用于压铸模具的表面处理, 如多元渗〔11〕、涂剂 粉末渗硼〔12〕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, 再按照一 般粉末渗硼的方法装箱密封, 920 ℃加热并保温8h , 随之空冷。这种方法可以获得致密、均匀的渗层, 模 具表面渗层硬度、耐磨性和弯曲强度都得到提高, 模 具使用寿命平均提高2 倍以上〔12〕。 21114 稀土表面强化
近年来, 在模具表面强化中采用加入稀土元素的 方法得到广泛推崇。这是因为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〕, 它对改善 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。同时可消除分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发生作用, 生成高熔点化合 物, 又可抑制这些有害元素在晶界上偏聚, 从而降低 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 分, 能够明显提高各种渗入法的渗层厚度、提高表面 硬度, 同时使得渗层组织细小弥散、硬度梯度下降, 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。 目前应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〔13 ,14〕、稀土软氮化〔15〕、稀土硫氮碳共渗〔16〕等。 212 2 激光表面处理
激光表面处理是使用激光束进行加热, 使工件表 面迅速熔化一定深度的薄层, 同时采用真空蒸镀、电 镀、离子注入等方法把合金元素涂覆于工件表面, 在 激光照射下使其与基体金属充分融合, 冷凝后在模具 表面获得厚度为10~1000μm 具有特殊性能的合金 层, 冷却速度相当于激冷淬火〔11〕。 如在H13 钢表面采用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, 对疲劳裂纹的萌生和扩展有明显的抑制 作用〔17 ,18〕。最近, 萨哈和达霍特若采用在H13 基材 上进行激光熔覆VC 层的方法, 研究表明, 获得的模 铸造刘雪华等: 压铸模具的表面处理新技术 刘雪华等: 压铸模具的表面处理新技术·1131 · 刘雪华等 具表面实质是连续、致密无孔的VC2钢复合覆层, 它 不仅有很强的在600 ℃下的氧化抗力, 而且有很强的 抗熔融金属还原的能力〔19〕。 213 3 电火花沉积金属陶瓷工艺
在表面改性技术的不断发展中, 出现了一种电火 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, 同时渗入离子态的金属陶瓷材 料, 形成表面的冶金结合, 而母材表面也同时发生瞬 间相变, 形成马氏体和微细奥氏体组织〔20〕。 这种工艺不同于焊接, 也不同于喷镀或者元素渗 入, 应该是介于两者之间的一种工艺。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, 成本较低廉。是压铸模具表面处理的 一条新路。 3 涂镀技术
涂镀技术作为模具强化技术的一种, 主要应用在 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 的苛刻环境, 所以一般不使用涂镀技术来强化压铸模 具表面。但近年来, 有报道采用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四氟乙烯微粒浸润 后进行(Ni2P) - 聚四氟乙烯复合镀。实验证明, 此 方法在工艺上和性能上均为可行, 大大降低了模具表 面的摩擦系数〔21〕。 4 结语
模具压力加工是机械制造的重要组成部分, 而模 具的水平、质量和寿命则与模具表面强化技术休戚相 关。随着科学技术的进步, 近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、三元共渗等) 、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。但对于工作条件极为苛刻的压铸模具 而言, 现有新的表面处理工艺还无法满足不断增长的 要求, 可以预计更为先进的技术, 也有望应用于压铸 模具的表面处理。鉴于表面处理是提高压铸模具寿命
的重要手段之一, 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。 参考文献: 参考文献 〔1〕 Cocks , D. Die Casting 〔J〕. Précis Met , 1989 ,
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