压铸模具是模具中的一个大类。跟着我国汽车摩托车产业的迅速发展,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机能、寿命等提出了更高的要求。要知足不断进步的使用机能需求仅仅依赖新型模具材料的应用仍旧很难知足,必需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、高精度和遐龄命的要。在各种模具中,压铸模具的工作前提是较为苛刻的。压力锻造是使熔融金属在高压、高速下布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惫、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:传统热处理工艺的改进技术;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;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。因为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,从而改善模具机能,进步模具寿命。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提高前辈的表面处理工艺相结合,进步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、渗层硬度梯度分布公道、回火不乱性和耐蚀性进步,从而使得压铸模具在获得良好心部机能的同时,表面质量和机能大幅进步。
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。
渗碳工艺应用于冷、热作和塑料模具表面强化中,都能进步模具寿命。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进步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、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、渗层平均、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施展越来越重要的作用。
212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、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,有较好的抗粘模机能。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进步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hrc65～70,而模具心部硬度较低、韧性好,从而获得优良的综协力学机能。氮化工艺是压铸模具表面处理常用的工艺,但当氮化层泛起薄而脆的白亮层时,无法抵挡交变热应力的作用,极易产生微裂纹,降低热疲惫抗力。因此,在氮化过程中,要严格控制工艺,避免脆性层的产生。最近,国外提出采用二次和多次渗氮工艺。采用反复渗氮的办法可以分解轻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,使模具的寿命得以显著进步。此外还有采用盐浴碳氮共渗和盐浴硫氮碳共渗等方法。这些工艺在国外应用较为广泛,在海内较少见。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,呈玄色,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进步数百小时。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。
因为渗硼层的高硬度(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,渗硼技术在模具产业中获得较好的应用效果。但因压铸模具工作前提十分苛刻,故渗硼工艺较少应用于压铸模具表面处理中,但近年来,泛起了改进的渗硼方法,解决了上述题目,而得以应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、平均的渗层,模具表面渗层硬度、耐磨性和弯曲强度都得到进步,模具使用寿命均匀进步2倍以上。
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。这是由于稀土元素具有进步渗速、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、化学及力学机能均有极大地影响,可进步渗速、强化表面、天生稀土化合物。同时可消除分布在晶界上微量杂质的有害作用,起着强化和不乱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,天生高熔点化合物,又可按捺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,能够显著进步各种渗透法的渗层厚度、进步表面硬度,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、热疲惫机能等明显进步,从而大幅度进步模具寿命。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、稀土软氮化、稀土硫氮碳共渗等。
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具有特殊机能的合金层,冷却速度相称于激冷淬火。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不乱性,抗塑性变形能力高,对疲惫裂纹的萌生和扩展有显著的按捺作用。最近,萨哈和达霍特若采用在h13基材长进行激光熔覆vc层的方法,研究表明,获得的模具表面实质是连续、致密无孔的vc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〕。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,泛起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,同时渗透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透,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、耐侵蚀的特性,而且工艺简朴,本钱较低廉。是压铸模具表面处理的一条新路。
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朴的模具表面处理。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,以进步模具表面抗粘着性、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-聚四氟乙烯复合镀。实验证实,此方法在工艺上和机能上均为可行,大大降低了模具表面的摩擦系数。
模具压力加工是机械制造的重要组成部门,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。跟着科学技术的提高,近年来各种模具表面处理技术泛起较大的进展。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、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。但对于工作前提极为苛刻的压铸模具而言,现有新的表面处理工艺还无法知足不断增长的要求,可以预计更为提高前辈的技术,也有望应用于压铸模具的表面处理。鉴于表面处理是进步压铸模具寿命的重要手段之一,因此要进步我国压铸模具出产整体水平,表面处理技术将起着举足轻重的作用。