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模具鋼百科
H13熱作模具鋼及鋁合金壓鑄模表面改性技術的三種機制
來源: | 作者:13963813331 | 發布時間: 2020-07-03 | 208 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的三種機制
  H13熱作模具鋼及鋁合金壓鑄模表面改性技術的三種機制
  模具鋼
  國內工業界普遍認為熱疲勞是熱加工模具失效的兩個主要原因。在這方面,國外相關文獻明確指出,模具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。1)是最重要的失效機制。他們提出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。國內鋁損失試驗表明,當模具材料硬度為45HRC時,未處理鋁的損失率高達54.90%,采用鹽浴氮碳共滲時,損失率僅為0.10%,采用鹽浴氮碳共滲(軟氮化)并添加PVD處理時,損失率明顯降低至0.10%??梢钥闯鯤13鋼的表面改性效果非常明顯。
  
  H13的特點及發展方向
  
 ?、貶13鋼是世界上廣泛使用的熱作模具鋼,具有高淬透性和抗熱裂性。許多場合用于制造鋁合金壓鑄模具。
  
 ?、贖13鋼的國內牌號為4Cr5MoSiVl,目前正朝著低硅高鉬方向發展。
  
 ?、跦13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的形式報道了H13鋼表面改性的工業應用實例。同時,HEF上海結合上海交通大學的實踐,對國外相關文獻(尤其是NADCA專家和凱斯西儲大學教授的工作)進行了描述。
  
  解決H13鋼表面改性問題的最佳方法是在模具材料表面涂覆硬質膜,使其不被鋁合金熔體潤濕,并且涂覆的硬質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壓鑄模具的挺桿(38CDV5,相當于H13鋼)表面沉積了一層3μm厚的CERTESS SD涂層,硬度為0 ~ 4500 HV,使用溫度為800℃,能抵抗鋁合金的粘附,使用壽命提高到10萬倍,是未經沉積處理的挺桿的6~7倍。
  
  關于如何獲得這種不被液態金屬潤濕的硬質膜,科羅拉多礦業學院的鐘和摩爾提出了多層優化涂膜的結構如下:
  
  (1)首先對H13模具基體進行表面改性,如鐵素體氮碳共滲或離子滲氮;
  
 ?、阝伝蜚t等50 ~ 100納米粘附夾層;
  
 ?、壅{整壓鑄操作引起的基體與涂層之間熱殘余應力的中間梯度層,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的加工硬化層。當工作層為Al2O3層時,中間梯度層為ti-al-n梯度層;
  
 ?、芄ぷ魍繉硬槐灰簯B金屬或玻璃潤濕。CrN、TiAlN、TiCB和Al2O3可用于鋁合金的壓鑄。相應的多層結構膜的總厚度在5和8 μ m之間
  
  通過PVD技術在模具工件上獲得高質量的涂層應該依賴于高性能的設備和優化的工藝參數。該設備優選具有以下技術要求:
  
  (1)涂層處理溫度低;
  
 ?、谕繉有阅芎?;
  
 ?、弁繉映练e均勻;
  
 ?、懿捎迷鰪婋婋x率技術;
  
 ?、菥_的涂料成分控制;
  
 ?、抟欢ǖ某练e速率;
  
 ?、呖蛇M行多層復合涂層;
  
 ?、嗫色@得納米結構涂層;
  
 ?、嵋訮VD和化學氣相沉積工作模式;
  
 ?、饪蛇呁窟呂g刻,以獲得最佳涂層質量。
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