壓鑄模具的表面改性技術介紹

　　模具包括許多種,其中壓鑄模具是模具的一個大類,隨著對技術要求的不斷提高,對壓鑄模具的綜合力學性能、壽命等提出了更高的要求。如TFI+ABI工藝,是在鹽浴氮碳共滲后再于堿性氧化性鹽浴中浸漬。

　　對壓鑄模具的表面處理技術要求較高。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用仍然很難滿足,必須將各種表面處理技術應用到壓鑄模具的表面處理當中才能達到對壓鑄模具高效率、高精度和高壽命的要求。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,在工作過程中反復與熾熱金屬接觸,因此要求壓鑄模具有較高的耐熱疲勞、導熱性耐磨性、耐蝕性、沖擊韌性、紅硬性、良好的脫模性等。近年來,各種壓鑄模具表面處理新技術不斷涌現,但總的來說可以分為以下三個大類(1)傳統熱處理工藝的改進技術;(2)表面改性技術,包括表面熱擴滲處理、表面相變強化、電火花強化技術等;(3)涂鍍技術,包括化學鍍等。本文主要來介紹下表面改性技術。

　　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。

　　滲碳和碳氮共滲

　　滲碳工藝應用于冷、熱作和塑料模具表面強化中,都能提高模具壽命。如3Cr2W8V鋼制的壓鑄模具,先滲碳、再經1140~1150℃淬火,550℃回火兩次,表面硬度可達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。進行滲碳處理時,主要的工藝方法有固體粉末滲碳、氣體滲碳、以及真空滲碳、離子滲碳和在滲碳氣氛中加入氮元素形成的碳氮共滲等。其中,真空滲碳和離子滲碳則是近20年來發展起來的技術,該技術具有滲速快、滲層均勻、碳濃度梯度平緩以及工件變形小等特點,將會在模具表面尤其是精密模具表面處理中發揮越來越重要的作用。

　　滲氮及有關的低溫熱擴滲技術

　　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便、適應性強、擴滲溫度較低(一般為480~600℃)、工件變形小,尤其適應精密模具的表面強化,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,經調質、520~540℃氮化后,使用壽命較不氮化的模具提高2~3倍。美國用H13鋼制作的壓鑄模具,不少都要進行氮化處理,且以滲氮代替一次回火,表面硬度高達HRC65~70,而模具心部硬度較低、韌性好,從而獲得優良的綜合力學性能。氮化工藝是壓鑄模具表面處理常用的工藝,但當氮化層出現薄而脆的白亮層時,無法抵抗交變熱應力的作用,極易產生微裂紋,降低熱疲勞抗力。因此,在氮化過程中,要嚴格控制工藝,避免脆性層的產生。

　　最近,國外提出采用二次和多次滲氮工藝。采用反復滲氮的辦法可以分解容易在服役過程中產生微裂紋的氮化物白亮層,增加滲氮層厚度,并同時使模具表面存在很厚的殘余應力層,使模具的壽命得以明顯提高。此外還有采用鹽浴碳氮共滲和鹽浴硫氮碳共滲等方法。這些工藝在國外應用較為廣泛,在國內較少見。工件表面發生氧化,呈黑色,其耐磨性、耐蝕性、耐熱性均得到了改善。經此方法處理的鋁合金壓鑄模具壽命提高數百小時。再如法國開發的硫氮碳共滲后進行氮化處理的oxynit工藝,應用于有色金屬壓鑄模具則更具特點。