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H13熱作模具鋼及鋁合金壓鑄模表面改性技術探討
來源: | 作者:13963813331 | 發布時間: 2020-06-08 | 264 次瀏覽 | 分享到:
H13熱作模具鋼及鋁合金壓鑄模表面改性技術探討
  H13熱作模具鋼及鋁合金壓鑄模表面改性技術探討
  模具鋼
  國內工業普遍認為熱疲勞是熱加工模具失效的兩個主要原因,即裂紋損傷和熱磨損。在這方面,相關的外國文獻已經非常清楚地表明,模具的損壞和限制模具壽命增加的三種機制是:
  
  1)液態金屬鋁的焊接和化學腐蝕損傷。
  
  2)磨損和腐蝕。
  
  3)熱疲勞開裂。其中,1)是最重要的失效機制。他們認為鐵素體氮碳共滲和離子滲氮可以顯著提高工具鋼的模具壽命。國內鋁熔化損失試驗表明,當模具材料硬度為45HRC時,未處理鋁的熔化損失率高達54.90%,采用鹽浴氮碳共滲時,熔化損失率僅為0.10%,鹽浴氮碳共滲(軟氮化)后采用PVD處理時,熔化損失率更明顯地降低到0.10%。因此,H13鋼的表面改性效果非常明顯。
  
  H13的特點及發展方向
  
  ①H13鋼是一種高韌性、高淬透性和抗熱裂性的熱作模具鋼,在世界上應用廣泛。它在許多場合用于制造鋁合金壓鑄模具。
  
  ②H13鋼的國產品牌為4Cr5MoSiVl,目前正在向低硅高鉬方向發展。
  
  ③H13鋼的表面改性主要包括鐵素體氮碳共滲或硫氮碳共滲以及物理氣相沉積硬質膜等。更好的方法是合理地組合這些方法。
  
  目前,熱作模具鋼H13和鋁合金壓鑄模的表面改性主要有以下兩個方面:
  
  (1)鐵素體氮碳共滲和硫氮碳共滲技術和(2)PVD涂層技術。國內外已經發表了這兩方面的研究論文,但關于具體工業應用的報道很少。專門研究材料表面改性技術的法國HEF集團在一些國際會議上以論文形式報告了H13鋼表面改性的工業應用實例。同時,HEF上海有限公司(HEF上海)結合上海交通科技有限公司(上海交通科技有限公司)的實踐,結合國外相關文獻(特別是凱斯西儲大學NADCA專家教授的工作)做了一定的描述。
  
  解決H13鋼表面改性問題的最佳方法是在模具材料的表面涂覆一層硬膜,使其不被鋁合金熔體潤濕,并且涂覆的硬膜還賦予模具材料表面耐腐蝕性和耐磨性。HEF集團在汽車轉向操縱系統鋁合金工件的壓鑄模具中,在挺桿(38CDV5,相當于H13鋼)表面沉積了一層3μm厚的不銹鋼表面層。其硬度可達0-4500 HV,使用溫度可達800℃,并能抗鋁合金粘連。其使用壽命提高到10萬倍,是未經沉積處理的挺桿的6-7倍。
  
  對于如何獲得這種不被液態金屬潤濕的硬膜,科羅拉多礦業學院的鐘和摩爾等人提出了不同的看法。提出多層優化涂膜的結構如下:
  
  (1)對H13模具基體進行表面改性,如鐵素體氮碳共滲或離子滲氮;
  
  (2)鈦或鉻等50 ~ 100納米的結合夾層;
  
  (3)由于壓鑄操作產生的熱殘余應力,調整基底和涂層之間的中間梯度層,這可以通過有限元模擬方法來確定。例如,他們認為這取決于所選擇的加工硬化層。當工作層為Al2O3層時,中間漸變層為鈦鋁氮梯度層;
  
  (4)工作涂層不會被液態金屬或玻璃弄濕。對于鋁合金壓鑄,可以使用氮化鉻、氮化鈦、氯化鈦硼和氧化鋁。相應的多層結構膜的總厚度在5和8微米之間。
  
  通過PVD技術在模具工件上獲得高質量的涂層應依賴于高性能設備和可優化的工藝參數。這種設備優選具有以下技術要求:
  
  (1)涂層處理溫度低;
  
  (2)良好的涂覆能力;
  
  (3)涂層沉積均勻;
  
  (4)采用增強電離速率技術;
  
  ⑤精確的涂料成分控制;
  
  ⑥一定的沉積速率;
  
  ⑦可進行多層復合涂層;
  
  ⑧可獲得納米結構的涂層;
  
  ⑨有PVD和化學氣相沉積工作模式。
  
  ⑩通過邊涂邊蝕刻可以獲得最佳的涂層質量。
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