壓鑄模具是模具中的一個(gè)大類。隨著我國(guó)汽車摩托車工業(yè)的迅速發(fā)展,壓鑄行業(yè)迎來(lái)了發(fā)展的新時(shí)期。同時(shí),也對(duì)壓鑄模具的綜合力學(xué)性能、壽命等提出了更高的要求。要滿足不斷提高的使用性能需求僅僅依靠新型模具材料的應(yīng)用仍然很難滿足,必須將各種表面處理技術(shù)應(yīng)用到壓鑄模具的表面處理當(dāng)中才能達(dá)到對(duì)壓鑄模具高效率、高精度和高壽命的要。在各種模具中,壓鑄模具的工作條件是較為苛刻的。壓力鑄造是使熔融金屬在高壓、高速下充滿模具型腔而壓鑄成型,在工作過(guò)程中反復(fù)與熾熱金屬接觸,因此要求壓鑄模具有較高的耐熱疲勞、導(dǎo)熱性耐磨性、耐蝕性、沖擊韌性、紅硬性、良好的脫模性等。因此,對(duì)壓鑄模具的表面處理技術(shù)要求較高近年來(lái),各種壓鑄模具表面處理新技術(shù)不斷涌現(xiàn),但總的來(lái)說(shuō)可以分為以下三個(gè)大類:(1)傳統(tǒng)熱處理工藝的改進(jìn)技術(shù);(2)表面改性技術(shù),包括表面熱擴(kuò)滲處理、表面相變強(qiáng)化、電火花強(qiáng)化技術(shù)等;(3)涂鍍技術(shù),包括化學(xué)鍍等。
1 傳統(tǒng)熱處理工藝的改進(jìn)技術(shù)
傳統(tǒng)的壓鑄模具熱處理工藝是淬火-回火,以后又發(fā)展了表面處理技術(shù)。由于可作為壓鑄模具的材料多種多樣,同樣的表面處理技術(shù)和工藝應(yīng)用在不同的材料上會(huì)產(chǎn)生不同的效果。史可夫最近提出針對(duì)模具基材和表面處理技術(shù)的基材預(yù)處理技術(shù),在傳統(tǒng)工藝的基礎(chǔ)上,對(duì)不同的模具材料提出適合的加工工藝,從而改善模具性能,提高模具壽命。熱處理技術(shù)改進(jìn)的另一個(gè)發(fā)展方向,是將傳統(tǒng)的熱處理工藝與先進(jìn)的表面處理工藝相結(jié)合,提高壓鑄模具的使用壽命。如將化學(xué)熱處理的方法碳氮共滲,與常規(guī)淬火、回火工藝相結(jié)合的NQN(即碳氮共滲-淬火-碳氮共滲)復(fù)合強(qiáng)化,不但得到較高的表面硬度,而且有效硬化層深度增加、滲層硬度梯度分布合理、回火穩(wěn)定性和耐蝕性提高,從而使得壓鑄模具在獲得良好心部性能的同時(shí),表面質(zhì)量和性能大幅提高。
2 表面改性技術(shù)
2.1 表面熱擴(kuò)滲技術(shù)
這一類型中包括有滲碳、滲氮、滲硼以及碳氮共滲、硫碳氮共滲等。
2.11 滲碳和碳氮共滲
滲碳工藝應(yīng)用于冷、熱作和塑料模具表面強(qiáng)化中,都能提高模具壽命。如3Cr2W8V鋼制的壓鑄模具,先滲碳、再經(jīng)1140～1150℃淬火,550℃回火兩次,表面硬度可達(dá)HRC56～61,使壓鑄有色金屬及其合金的模具壽命提高1.8～3.0倍。進(jìn)行滲碳處理時(shí),主要的工藝方法有固體粉末滲碳、氣體滲碳、以及真空滲碳、離子滲碳和在滲碳?xì)夥罩屑尤氲匦纬傻奶嫉矟B等。其中,真空滲碳和離子滲碳則是近20年來(lái)發(fā)展起來(lái)的技術(shù),該技術(shù)具有滲速快、滲層均勻、碳濃度梯度平緩以及工件變形小等特點(diǎn),將會(huì)在模具表面尤其是精密模具表面處理中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。
2.12 滲氮及有關(guān)的低溫?zé)釘U(kuò)滲技術(shù)
這一類型中包括滲氮、離子滲氮、碳氮共滲、氧氮共滲、硫氮共滲以及硫碳氮、氧氮硫三元共滲等方法。這些方法處理工藝簡(jiǎn)便、適應(yīng)性強(qiáng)、擴(kuò)滲溫度較低(一般為480～600℃)、工件變形小,尤其適應(yīng)精密模具的表面強(qiáng)化,而且氮化層硬度高、耐磨性好,有較好的抗粘模性能。3Cr2W8V鋼壓鑄模具,經(jīng)調(diào)質(zhì)、520～540℃氮化后,使用壽命較不氮化的模具提高2～3倍。
2.13 滲硼
由于滲硼層的高硬度(FeB:HV1800～2300、Fe2B:HV1300～1500)、耐磨性和紅硬性,以及一定的耐蝕性和抗粘著性,滲硼技術(shù)在模具工業(yè)中獲得較好的應(yīng)用效果。但因壓鑄模具工作條件十分苛刻,故滲硼工藝較少應(yīng)用于壓鑄模具表面處理中,但近年來(lái),出現(xiàn)了改進(jìn)的滲硼方法,解決了上述問(wèn)題,而得以應(yīng)用于壓鑄模具的表面處理,如多元、涂劑粉末滲等。涂劑粉末滲硼的方法是將硼化合物和其他滲劑混合后涂覆在壓鑄模具表面,待液體揮發(fā)后,再按照一般粉末滲硼的方法裝箱密封,920℃加熱并保溫8h,隨之空冷。這種方法可以獲得致密、均勻的滲層,模具表面滲層硬度、耐磨性和彎曲強(qiáng)度都得到提高,模具使用壽命平均提高2倍以上。
2.14 稀土表面強(qiáng)化
近年來(lái),在模具表面強(qiáng)化中采用加入稀土元素的方法得到廣泛推崇。這是因?yàn)橄⊥猎鼐哂刑岣邼B速、強(qiáng)化表面及凈化表面等多種功能,它對(duì)改善模具表面組織結(jié)構(gòu),表面物理、化學(xué)及力學(xué)性能均有極大地影響,可提高滲速、強(qiáng)化表面、生成稀土化合物。同時(shí)可消除分布在晶界上微量雜質(zhì)的有害作用,起著強(qiáng)化和穩(wěn)定模具型腔表面晶界的作用。另外,稀土元素與鋼中的有害元素發(fā)生作用,生成高熔點(diǎn)化合物,又可抑制這些有害元素在晶界上偏聚,從而降低深層的脆性等。在壓鑄模具表面強(qiáng)化處理工藝中加入稀土元素成分,能夠明顯提高各種滲入法的滲層厚度、提高表面硬度,同時(shí)使得滲層組織細(xì)小彌散、硬度梯度下降,從而使得模具的耐磨性、抗冷、熱疲勞性能等顯著提高,從而大幅度提高模具壽命。目前應(yīng)用于壓鑄模具型腔表面的處理方法有:稀土碳共滲、稀土碳氮共滲、稀土硼共滲、稀土硼鋁共滲、稀土軟氮化、稀土硫氮碳共滲等。
2.15 表面被覆強(qiáng)化
近年來(lái)由于冷焊技術(shù)的發(fā)展，使得表面處理技術(shù)得到很大的提高，特別是ESD-05上市以后，可以使用碳化物等不同材質(zhì)的焊材對(duì)表面進(jìn)行處理，這種方式方便簡(jiǎn)單，成本低，使用方便。同時(shí)效果也好，漸漸的已經(jīng)成為行業(yè)的主選。
2.2 表面激光涂層
2.21 激光表面處理
激光表面處理是使用激光束進(jìn)行加熱,使工件表面迅速熔化一定深度的薄層,同時(shí)采用真空蒸鍍、電鍍、離子注入等方法把合金元素涂覆于工件表面,在激光照射下使其與基體金屬充分融合,冷凝后在模具表面獲得厚度為10～1000μm具有特殊性能的合金層,冷卻速度相當(dāng)于激冷淬火。
2.22 WS焊機(jī)處理
WS焊機(jī)與激光焊機(jī)的原理是一樣的，都是通過(guò)脈沖點(diǎn)焊的方式進(jìn)行的。相對(duì)于激光焊來(lái)說(shuō)更方便更靈活，焊絲直徑0.1-2.0mm，同時(shí)上面內(nèi)置氬弧焊的功能，這樣更方便靈活。
3 涂鍍技術(shù)
涂鍍技術(shù)作為模具強(qiáng)化技術(shù)的一種,主要應(yīng)用在塑料模、玻璃模、橡膠模、沖壓模等工作環(huán)境相對(duì)簡(jiǎn)單的模具表面處理。壓鑄模具需要承受冷熱應(yīng)力交替的苛刻環(huán)境,所以一般不使用涂鍍技術(shù)來(lái)強(qiáng)化壓鑄模具表面。但近年來(lái),有報(bào)道采用化學(xué)復(fù)合鍍的方法強(qiáng)化壓鑄模具表面,以提高模具表面抗粘著性、脫模性。該方法在鋁基壓鑄模具上將聚四氟乙烯微粒浸潤(rùn)后進(jìn)行(NiP)-聚四氟乙烯復(fù)合鍍。實(shí)驗(yàn)證明,此方法在工藝上和性能上均為可行,大大降低了模具表面的摩擦系數(shù)。
4 結(jié)語(yǔ)
模具壓力加工是機(jī)械制造的重要組成部分,而模具的水平、質(zhì)量和壽命則與模具表面強(qiáng)化技術(shù)休戚相關(guān)。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,近年來(lái)各種模具表面處理技術(shù)出現(xiàn)較大的進(jìn)展。表現(xiàn)在:
?、賯鹘y(tǒng)的熱處理工藝的改進(jìn)及其與其他新工藝的結(jié)合;
②表面改性技術(shù),包括滲碳、低溫?zé)釘U(kuò)滲(各種滲氮、碳氮共滲、離子氮化、三元共滲等)、鹽浴熱擴(kuò)滲、滲硼、稀土表面強(qiáng)化、激光表面處理和電火花沉積金屬陶瓷等
;③涂鍍技術(shù)等方面。但對(duì)于工作條件極為苛刻的壓鑄模具而言,現(xiàn)有新的表面處理工藝還無(wú)法滿足不斷增長(zhǎng)的要求,可以預(yù)計(jì)更為先進(jìn)的技術(shù),也有望應(yīng)用于壓鑄模具的表面處理。
鑒于表面處理是提高壓鑄模具壽命的重要手段之一,因此要提高我國(guó)壓鑄模具生產(chǎn)整體水平,表面處理技術(shù)將起著舉足輕重的作用
