壓鑄模具熱處理工藝介紹
/ 2021/6/5 10:37:52
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金屬壓鑄具有生產(chǎn)效率高、節(jié)省原材料、降低生產(chǎn)成本、產(chǎn)品性能好和精度高等特點(diǎn)，在生產(chǎn)上得到廣泛應(yīng)用。
壓鑄
模具的工作表面，直接與液態(tài)金屬接觸，承受高壓、高速流動(dòng)的液態(tài)金屬的沖蝕和加熱，在工件脫模以后，又受到急速冷卻，因此，熱疲勞開裂、熱磨損和熱熔蝕是壓鑄模具常見(jiàn)的失效形式，所以，要求壓鑄模具有耐冷熱疲勞性能、高溫下的強(qiáng)度和韌性、耐液態(tài)金屬?zèng)_蝕性能、較高的耐熱性和高的導(dǎo)熱性、良好的抗氧化性能和高的淬透性及耐磨性等。
壓鑄模具熱處理工藝介紹
熱處理是提高壓鑄模具使用壽命的重要環(huán)節(jié)。調(diào)查表明：因熱處理工藝或操作不當(dāng)而導(dǎo)致模具斷裂失效占失效總數(shù)的60%左右。因此，在壓鑄模具生產(chǎn)中，需要進(jìn)行正確的熱處理工藝操作。
一、壓鑄模具的制造工藝路線
1.一般壓鑄模
鍛造—球化退火—機(jī)械粗加工—穩(wěn)定化處理—精加工成形—淬火及回火—鉗工裝配。
2.形狀復(fù)雜、精度要求高的壓鑄模
鍛造—球化退火(或調(diào)質(zhì)處理)—粗加工—調(diào)質(zhì)—電加工或精加工成形—鉗工修磨—滲氮(或氮碳共滲)—研磨拋光。
二、壓鑄模具常規(guī)熱處理工藝
熱處理工藝在壓鑄模具制造中應(yīng)用極為廣泛，它能提高模具零件的使用性能，延長(zhǎng)模具使用壽命。此外，熱處理還可以改善壓鑄模具的加工工藝性能，提高加工質(zhì)量，減少刀具磨損，因此，在模具制造中占有十分重要的地位。
壓鑄模具主要用鋼來(lái)制造，其制造工序中的常規(guī)熱處理為：球化退火、穩(wěn)定化處理、調(diào)質(zhì)和淬、回火。通過(guò)這些熱處理工藝對(duì)鋼的組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變，使壓鑄模具獲得所需要的組織和性能。
1.預(yù)先處理
鍛壓后的壓鑄模模坯，必須采用球化退火或調(diào)質(zhì)熱處理，一方面消除應(yīng)力降低硬度，便于切削加工，同時(shí)為最終熱處理做好組織準(zhǔn)備。退火后，可獲得均勻的組織和彌散分布的碳化物，以改善模具鋼的強(qiáng)韌性。由于調(diào)質(zhì)處理的效果優(yōu)于球化退火，所以，強(qiáng)韌性要求高的模具，常常以調(diào)質(zhì)代替球化退火。
2.穩(wěn)定化處理
壓鑄模一般來(lái)說(shuō)型腔比較復(fù)雜，在粗加工時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，在淬火時(shí)會(huì)產(chǎn)生變形。為了消除應(yīng)力，一般在粗加工后應(yīng)進(jìn)行去應(yīng)力退火，即穩(wěn)定化處理。
其工藝為：加熱溫度650℃-680℃，保溫2-4h后出爐空冷。形狀較復(fù)雜的壓鑄模需爐冷至400℃以下出爐空冷。模具淬火回火后進(jìn)行電火花加工，加工表面會(huì)產(chǎn)生變質(zhì)層，易引起線切割裂紋，也應(yīng)進(jìn)行較低溫度的去應(yīng)力退火。
3.淬火預(yù)熱
壓鑄模用鋼多為高合金鋼，因其導(dǎo)熱性差，在淬火加熱時(shí)必須緩慢進(jìn)行，常采取預(yù)熱措施。對(duì)于防變形要求不高的模具，在不產(chǎn)生開裂的情況下，預(yù)熱次數(shù)可以少些，但防變形要求高的模具，必須多次預(yù)熱。較低溫度(400℃-650℃)的預(yù)熱，一般在空氣爐中進(jìn)行;較高溫度的預(yù)熱，應(yīng)采用鹽浴爐，預(yù)熱時(shí)間仍按1 min/mm計(jì)。
4.淬火加熱
對(duì)于典型壓鑄模用鋼來(lái)說(shuō)，高的淬火加熱溫度有利于提高熱穩(wěn)定性和抗軟化的能力，減輕熱疲勞傾向，但會(huì)引起晶粒長(zhǎng)大和晶界形成碳化物，使韌性和塑性下降，導(dǎo)致嚴(yán)重開裂。因此，壓鑄模要求有較高韌性時(shí)，往往采用低溫淬火，而要求具有較高的高溫強(qiáng)度時(shí)，則采用較高溫度淬火。
為了獲得良好的高溫性能，保證碳化物能充分地溶解，得到成分均勻的奧氏體，壓鑄模的淬火保溫時(shí)間都比較長(zhǎng)，一般在鹽浴爐中加熱保溫系數(shù)取0.8-1.0 min/mm。
5.淬火冷卻
對(duì)于形狀簡(jiǎn)單、防變形要求不高的壓鑄模采用油冷;而形狀復(fù)雜、防變形要求高的壓鑄模采用分級(jí)淬火。為了防止變形和開裂，無(wú)論采用什么冷卻方式，都不允許冷至室溫，一般應(yīng)冷到150℃-180℃、均熱一定時(shí)間后立即回火，均熱時(shí)間可按0.6 min/mm計(jì)算。
6.回火
壓鑄模必須充分回火，一般回火三次。第一次回火溫度選在二次硬化的溫度范圍;第二次回火溫度的選擇要使模具達(dá)到所要求的硬度;第三次回火要低于第二次l0℃-20℃?；鼗鸷缶捎糜屠浠蚩绽?，回火時(shí)間不少于2 h。
三、壓鑄模具表面強(qiáng)化處理工藝
常規(guī)的總體淬火已很難滿足壓鑄模具高的表面耐磨性和基體的強(qiáng)韌性要求。
表面強(qiáng)化處理不僅能提高壓鑄模具表面的耐磨性及其他性能，而且能使基體保持足夠的強(qiáng)韌性，同時(shí)防止熔融金屬粘模、浸蝕，這對(duì)改善壓鑄模具的綜合性能，節(jié)約合金元素，大幅度降低成本，充分發(fā)揮材料的潛力，以及更好地利用新材料，都是十分有效的。
生產(chǎn)實(shí)踐表明，表面強(qiáng)化處理是提高壓鑄模具質(zhì)量和延長(zhǎng)模具使用壽命的重要措施。壓鑄模具常采用的表面強(qiáng)化處理工藝有：滲碳、滲氮、氮碳共滲、滲硼、滲鉻和滲鋁等。
1.滲碳
滲碳是目前機(jī)械工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種化學(xué)熱處理方法。其工藝特點(diǎn)是：將中低高碳的低合金模具鋼和中高碳的高合金鋼模具在增碳的活性介質(zhì)(滲碳劑)中，加熱到900℃-930℃，使碳原子滲入模具表面層，繼之以淬火并低溫回火，使模具的表層和心部具有不同的成分、組織和性能。
滲碳又分為固體滲碳、液體滲碳和氣體滲碳。近期又發(fā)展到可控氣氛滲碳、真空滲碳和苯離子滲碳等。
2.滲氮
將氮滲入鋼表面的過(guò)程稱為鋼的氮化。氮化能使模具零件獲得比滲碳更高的表面硬度、耐磨性能、疲勞性能、紅硬性和耐蝕性能。因?yàn)榈瘻囟容^低(500-570℃)，氮化后模具零件變形較小。
滲氮方法有固體滲氮、液體滲氮和氣體滲氮。目前，正在廣泛應(yīng)用離子滲氮、真空滲氮、電解催滲滲氮和高頻滲氮等新技術(shù)，縮短了滲氮時(shí)間，并可獲得高質(zhì)量的滲氮層。
3.氮碳共滲
氮碳共滲是在含有活性碳、氮原子的介質(zhì)中同時(shí)滲入氮和碳，并以滲氮為主的低溫氮碳共滲工藝(530℃-580℃)。氮碳共滲的滲層脆性小，共滲時(shí)間比滲氮時(shí)間大為縮短。壓鑄模經(jīng)氮碳共滲后，可顯著提高其熱疲勞性能。
惡劣的工作條件，要求壓鑄模具有良好的高溫力學(xué)性能、耐冷熱疲勞性能、耐液態(tài)金屬?zèng)_蝕性能、抗氧化性能和高的淬透性及耐磨性等，熱處理是決定這些性能的主要制造工藝。
壓鑄模具的熱處理，就是通過(guò)對(duì)鋼的組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變，使模具表面獲得很高的硬度及耐磨性，而心部仍具有足夠的強(qiáng)度和韌性，同時(shí)有效防止熔融金屬粘模、浸蝕。選用恰當(dāng)?shù)臒崽幚砉に?，可減少?gòu)U品和顯著提高模具使用壽命。
