H13鋼的表面熱處理.doc

h13鋼的表面熱處理 - 壓鑄模具的使用壽命決定于很多因素：模具設(shè)計(jì)的合理性，模具材料選擇正確性，模具機(jī)械加工和熱處理工藝的合理正確制訂，當(dāng)然還應(yīng)涉及模具的使用條件和維護(hù)。其中模具材料的質(zhì)量和熱處理是相當(dāng)重要的關(guān)鍵因素。熱處理應(yīng)包括整體工件的熱處理和工件的表面改性。相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)主要有北美壓鑄協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)、法國(guó)汽車(chē)工業(yè)會(huì)、德國(guó)鋼鐵協(xié)會(huì)、材料協(xié)會(huì)和壓鑄協(xié)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)，還有通用汽車(chē)、福特汽車(chē)的推薦標(biāo)準(zhǔn)等。對(duì)h13鋼整體熱處理和檢測(cè)十分重要, h13鋼鍛模和鋁合金壓鑄模的表面改性目前主要在以下兩個(gè)方面：（1）鐵素體氮碳共滲和硫氮碳共滲技術(shù)（2）pvd涂層技術(shù)。國(guó)內(nèi)外在這兩方面進(jìn)行的研究論文有了發(fā)表， 但具體工業(yè)應(yīng)用報(bào)導(dǎo)不多。專(zhuān)門(mén)從事材料表面改性技術(shù)的法國(guó)hef集團(tuán)在一些國(guó)際性會(huì)議上以論文形式報(bào)導(dǎo)了h13鋼表面改性工業(yè)應(yīng)用的實(shí)例，同時(shí)艾福表面處理技術(shù)（上海）有限公司（hef shanghai）結(jié)合舍福表面處理技術(shù)有限公司（ts shanghai）的實(shí)踐匯同國(guó)外的相關(guān)文獻(xiàn)（尤其是nadca的專(zhuān)家和case western reserve 大學(xué)教授的工作）作一定描述。 國(guó)內(nèi)普遍認(rèn)為， 熱疲勞發(fā)生龜裂損傷和熱磨損是熱作模具失效的兩大主要原因。這方面，國(guó)外的相關(guān)文獻(xiàn)敘述得十分明確：模具的損壞和限制模具壽命上升的三個(gè)機(jī)制為： 1)液態(tài)金屬鋁的粘焊（soldering）和化學(xué)沖蝕損傷。 2)磨損和腐蝕。 3)熱疲勞開(kāi)裂。 其中1)是最重要的失效機(jī)制。他們提出采用鐵素體氮碳共滲和離子氮化能顯著提高工具鋼的模具壽命。國(guó)內(nèi)有關(guān)鋁熔損的試驗(yàn)指出，當(dāng)模具材料硬度為45hrc時(shí)，未表面處理的鋁熔損率高達(dá)54.90時(shí)，當(dāng)采用鹽浴硫氮碳共滲，其熔損率僅為0.10，當(dāng)采用鹽浴氮碳共滲（軟氮化）后在加上pvd處理時(shí)，熔損率更明顯降低至0.10。由此可見(jiàn)h13鋼的表面改性的效果十分明顯。 提高鉆套使用壽命和熱處理工藝方法 - 技術(shù)要求 (1)硬度要求表面淬火硬度為6365hrc。 (2)變形要求變形要小，尖角處無(wú)淬火裂紋。 (3)金相組織要求表層無(wú)脫碳層，馬氏體級(jí)別小于3級(jí)。 材料，鉆套采用t12a鋼制造，材料化學(xué)成分要求執(zhí)行g(shù)b/t12981986碳素工具鋼的化學(xué)成分及力學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)，其主要化學(xué)成分：o1.15%1.24%，si0.35%，mn0.40%。 熱處理工藝的改進(jìn)：(1)原熱處理工藝主要設(shè)備采用ryd159型箱式電阻爐，工藝路線為裝卡加熱淬火回火拋丸清理檢驗(yàn)，其具體工藝操作要求為：在箱式爐中790810加熱并保溫1520min后，取出空冷35s，淬入水中34s，迅速轉(zhuǎn)入油中冷卻；回火采用rjj356型井式回火爐，要求淬火后及時(shí)回火，由于鉆套在空氣爐中加熱時(shí)，表面產(chǎn)生了一些氧化，因此淬火硬度偏下限，為6263hrc，鉆套使用壽命相對(duì)較低，為解決這一問(wèn)題，可以在鉆套加熱前表面涂以保護(hù)涂料以減輕氧化。 (2)熱處理工藝主要設(shè)備采用ryd508型鹽浴爐，工藝路線為裝卡預(yù)熱加熱淬火回火拋丸清理檢驗(yàn)。其具體工藝操作要求為：先在一臺(tái)鹽浴爐邊預(yù)熱2030min后，在此鹽浴爐中770790加熱并保溫34min，然后淬人含40%50%naoh的飽和水溶液(介質(zhì)溫度40)35min，因40%50%naoh的飽和水溶液在40時(shí)具有較高的冷卻能力，采用鹽浴加熱可以很好地減少鉆套的氧化，因此，其淬火硬度較高，較使用空氣爐提高了23hrc，使用壽命較使用空氣爐提高一倍多，回火采用rjj356型井式回火爐，鉆套淬火后，為避免產(chǎn)生裂紋需要立即回火。(3)新熱處理工藝主要設(shè)備采用rjj359t型井式氣體滲碳爐和ryd508型鹽浴爐，其工藝路線為裝卡滲碳空冷預(yù)熱再加熱淬火回火拋光清理檢驗(yàn)。其具體工藝操作要求為：在一井式滲碳爐中850滲碳空冷后，先在一臺(tái)鹽浴爐邊預(yù)熱2030min，然后在此鹽浴爐中770790 加熱并保溫34min，并淬入油中(淬火油采用y15型快速光亮淬火油，油溫為8090，這樣既有較高的冷卻能力，又有利于減少淬火變形)；回火采用rjj356型井式舊火爐。加熱淬火的零件同直接淬火的零件相比，可以得到進(jìn)一步細(xì)化的晶粒度和顯微組織，因而能夠獲得良好的綜合力學(xué)性能，鉆套采用新的熱處理工藝滲碳空冷后再加淬火工藝后，其表層獲得的金相組織為彌散細(xì)小顆粒狀碳化物，滲碳層厚度為0.400.50min，而且表面硬度高，因此，其耐磨性大大增加，使用壽命較使用空氣爐處理提高34倍。 經(jīng)過(guò)一年多的生產(chǎn)實(shí)踐證明，采用新的熱處理處理的鉆套，其質(zhì)量穩(wěn)定可靠，使用壽命長(zhǎng)，很好地滿足了生產(chǎn)和產(chǎn)品技術(shù)的要求，由于所需要加工的鉆套可以隨其他滲碳層要求相近的工件一同裝爐進(jìn)行滲碳，因此，鉆套的熱處理相對(duì)比較方便。 鉆套采用滲碳空冷后進(jìn)行再加熱淬火處理后，不僅表面硬度大大提高，而且表層可以獲得較理想的彌散細(xì)小顆粒狀碳化物，因此，其耐磨性大大提高，使用壽命提高了34倍，很好地滿足了生產(chǎn)和產(chǎn)品技術(shù)的要求。 高速銑削方法 - 高速銑削加工特征：采用小的徑向切削深度（嚙合量）ae（降低切削熱產(chǎn)生）；采用小的平均斷屑厚度切削hm（降低切削熱產(chǎn)生）；采用小的軸向切削深度（余量）ap（降低切削熱產(chǎn)生）；采用更耐磨的硬質(zhì)合金刀片材質(zhì)等級(jí)（因?yàn)榧t硬性好的硬質(zhì)合金刀片材質(zhì)等級(jí)在高的線速度下以及工件硬度高但線速度相同時(shí)，具有更好的刀具壽命）；盡量采用比較鋒利的切削刃和槽型設(shè)計(jì)；采用加冷卻液的加工方法使其及時(shí)帶走因高速切削而產(chǎn)生的大量切削熱。（可能因此影響刀具壽命，但是綜合經(jīng)濟(jì)性反而提高）。 高速銑削方法帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)是：大大減少后續(xù)拋光所需時(shí)間，減少（甚至取消）電火花加工所需時(shí)間，縮短3d造型所需時(shí)間，節(jié)省加工輔助材料的無(wú)畏消耗，良好的質(zhì)量和表面粗糙度ra，避免或延緩變形，生產(chǎn)效率高，切削熱量產(chǎn)生低，從而減少對(duì)工件質(zhì)量的影響。 高速銑削方法需要注意的事項(xiàng)：對(duì)編程要求提高，不過(guò)隨著軟件的發(fā)展會(huì)愈來(lái)愈沒(méi)問(wèn)題；對(duì)操作人員素質(zhì)要求提高；由于工藝新穎，需要時(shí)間學(xué)習(xí)、優(yōu)化；必須確保萬(wàn)無(wú)一失（新的軟件仿真、模擬技術(shù)提供強(qiáng)大支援）；適用于計(jì)劃性良好和有足夠利潤(rùn)的中高端產(chǎn)品； 要求系統(tǒng)的同軸度好，刀具徑向跳動(dòng)量小。 大量的試驗(yàn)結(jié)果表明：刀具每增加約10 m的徑向跳動(dòng)量，其使用壽命就會(huì)出現(xiàn)20%50%的下降，適用于高速銑削的刀具夾持產(chǎn)品有熱脹式刀柄、d型精密夾頭刀柄和液壓刀柄。 熱脹式刀柄的最高轉(zhuǎn)速為45000 r/min，d型精密彈簧夾頭刀柄的最高轉(zhuǎn)速為100 000r/min。hsk-a63型液壓刀柄的轉(zhuǎn)速上限為40 000 r/min，3倍刀具直徑處的徑向跳動(dòng)量為3m。 不銹鋼薄板拉伸皺紋 - 不銹鋼制品以其精美的外表、優(yōu)良的抗腐蝕性、抗高溫氧化性及高低溫強(qiáng)度，而愈來(lái)愈廣泛地用于很多行業(yè)。由于這類(lèi)產(chǎn)品外觀質(zhì)量要求較高，在產(chǎn)品的整個(gè)加工過(guò)程中，要保證高光亮度的產(chǎn)品表面不劃傷和擦傷難度確實(shí)很大，特別是由于不銹鋼薄板拉深特性所帶來(lái)的模具選材、熱處理、加工及工藝潤(rùn)滑等問(wèn)題直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量、成本及模具壽命。 模具工作部分材料選擇，針對(duì)皺紋問(wèn)題，經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明：選用鑄鋁青銅、硬鋁青銅防粘效果較好；采用碳化鎢鋼結(jié)硬質(zhì)合金制造凹模比用cr12mov軟氮化制造凹模壽命提高數(shù)倍，且不粘模；如果采用代號(hào)3054合金鑄鐵，只需在模具表面進(jìn)行火焰淬火，模具表面不會(huì)出現(xiàn)皺紋。 模具工作部分的表面加工，不銹鋼拉深模表面質(zhì)量要求很高，較低的表面粗糙度可以起到減摩和提高抗粘合性的作用。因此，模具表面粗糙度降低，模具的修磨次數(shù)相應(yīng)減少，模具使用壽命相應(yīng)地得到提高。 工藝潤(rùn)滑，由不銹鋼拉深特性可知，形成皺紋是因?yàn)榘辶吓c模具發(fā)生了直接接觸，因此選擇潤(rùn)滑劑或涂覆劑的首要點(diǎn)就是在板料拉深成形過(guò)程中潤(rùn)滑膜自始至終不發(fā)生破裂并且起潤(rùn)滑作用。“防粘降摩”是選擇潤(rùn)滑劑的基本出發(fā)點(diǎn)。 一般在潤(rùn)滑劑中加一定比例的添加劑或采用固體潤(rùn)滑劑均可取得較好效果，這主要是提高潤(rùn)滑劑對(duì)金屬表面的潤(rùn)滑能力，用以產(chǎn)生含硫、磷、氯的化合物在高溫下與金屬表面起化學(xué)反應(yīng)，生成硫化鐵、氯化鐵等來(lái)加強(qiáng)油膜強(qiáng)度和增強(qiáng)吸附能力，較好地潤(rùn)滑模具與產(chǎn)品表面。 固體潤(rùn)滑劑則是填充到金屬表面的小坑內(nèi)，使干磨擦接觸點(diǎn)減少到最少，另外固體潤(rùn)滑劑有很高的穩(wěn)定性，在高溫下也能起到潤(rùn)滑作用，不易發(fā)生模具粘結(jié)。通常在生產(chǎn)中根據(jù)產(chǎn)品變形程度和實(shí)際情況選擇和配方(有關(guān)沖壓手冊(cè)上可查到配方)。 另外，由脂肪、礦物油、合成油脂、潤(rùn)滑脂、皂液也可組成潤(rùn)滑劑，且對(duì)不銹鋼淺拉深效果較好，含有水溶乳濁液，或者用油稀釋的有機(jī)礦物油也可用于淺拉延，在潤(rùn)滑劑中加入石墨能起到抗粘合的作用但石墨加人后的清洗較困難，如選用代號(hào)3054合金鑄鐵制作模具，那么選用一般潤(rùn)滑劑效果都較好。 據(jù)資料介紹板料經(jīng)鹽浴處理可在表面獲得一層金屬軟模(如銅、鋅、鉛等)，拉深成形過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)粘?，F(xiàn)象。另外，近年來(lái)研制出了一種以聚乙烯醇縮丁醛為主體的有機(jī)高分子潤(rùn)滑膜，毛坯經(jīng)過(guò)處理，表面得到一層有機(jī)潤(rùn)滑膜，它可隨板料一起變形，這不僅避免了模具與板料的直接接觸，防止了粘模，保證了產(chǎn)品表面質(zhì)量。而且極大的減弱了模具與板料的摩擦作用，起到良好的潤(rùn)滑作用，實(shí)驗(yàn)表明效果良好。 影響沖壓模具耐用度的原因 - 1、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理的影響 沖模結(jié)構(gòu)是影響沖模耐用度的關(guān)鍵，結(jié)構(gòu)不合理容易造成剛性差和壁厚分布不均勻，以及表面缺陷（如表面氧化、脫碳、裂痕、疤痕）都會(huì)影響材料的性能，造成沖模的早期失效。 2、沖模材料選擇的影響 選擇合適的沖模材料可以防止沖模早期失效。夾雜物使沖模內(nèi)部產(chǎn)生裂紋，引起脆性斷裂，在進(jìn)一步的熱處理和使用中，該裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展而引起沖模開(kāi)裂。鋼材在進(jìn)行熱加工和退火時(shí)，再機(jī)加工后有時(shí)仍殘留脫碳層，由于內(nèi)外層組織不同，造成熱處理冷卻速度不一致，產(chǎn)生裂紋，引起沖模開(kāi)裂。含有較高的炭和合金元素，有較多的共晶化合物，導(dǎo)致淬火時(shí)常常出現(xiàn)沿著帶狀碳化物分布的裂紋，沖模在使用過(guò)程中裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展，造成沖模開(kāi)裂。 3、沖模機(jī)械加工的影響 沖模的型腔部分或沖頭的圓角部分，在機(jī)械加工中常常因進(jìn)刀太深而留下刀痕，造成應(yīng)力集中，淬火時(shí)相應(yīng)部位的裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展，導(dǎo)致沖模開(kāi)裂。電加工時(shí)，沖模被加熱到高溫度，使組織發(fā)生變化，即電加工異常層受到交變應(yīng)力的反復(fù)作用，微裂紋變成大裂紋，導(dǎo)致沖模開(kāi)裂而報(bào)廢。研磨加工會(huì)導(dǎo)致研削表面過(guò)熱，或引起表面軟化，硬度降低，使沖模在使用中因磨損嚴(yán)重，或由于熱應(yīng)力而產(chǎn)生磨削裂紋，最后導(dǎo)致沖模早期失效。 4、沖模熱處理規(guī)范的影響 沖模在機(jī)械加工后都應(yīng)進(jìn)行淬火、回火等熱處理。加熱溫度的高低、時(shí)間的長(zhǎng)短、冷卻速度的大小、保護(hù)氣氛等工藝參數(shù)選擇不當(dāng)都會(huì)影響沖模的耐用度。模具鋼中含有較多的炭和較多的合金元素，導(dǎo)熱性差，加熱的速度不能太快。 當(dāng)發(fā)生氧化時(shí)，沖模表面易劃傷，尺寸變小，使用易產(chǎn)生早期疲勞裂紋，當(dāng)造成脫碳時(shí)，表面硬度顯著降低，造成早期磨損；淬火溫度過(guò)高，易造成晶粒長(zhǎng)大，使鋼呈現(xiàn)出脆性，因而沖模的使用中常常出現(xiàn)裂紋、崩刀、折斷等事故，相反，淬火溫度過(guò)低，鋼的抗壓強(qiáng)度也低，沖頭易出現(xiàn)鼓行而失效。對(duì)于不同的沖模材料，應(yīng)根據(jù)所要求的組織形態(tài)，選用不同的冷卻速度，對(duì)于高合金鋼，由于含有較多的合金元素，淬火性較低，可以采用油冷、空冷，甚至等溫淬火、分級(jí)淬火等工藝。沖模表面的強(qiáng)化處理也是提高沖模使用壽命的一個(gè)很重要途徑，氮化、滲硼、滲碳以及鍍鉻等都具有一定的效果，當(dāng)強(qiáng)化工藝控制不嚴(yán)格或強(qiáng)化方法選擇不當(dāng)時(shí)，就不可能獲得預(yù)期效果，反而導(dǎo)致沖模的早期失效。 5、各種操作條件 如鍛打溫度、潤(rùn)滑劑及潤(rùn)滑方法、冷卻速度、補(bǔ)焊、預(yù)熱溫度及設(shè)備情況等都對(duì)沖模的耐用度有很大影響。 必須嚴(yán)格控制，正確使用，才能發(fā)揮沖模材料的性能而獲得較高的