壓鑄模具是模具中的一個大類肘鹅。隨著我國汽車摩托車工業(yè)的迅速發(fā)展,壓鑄行業(yè)迎來了發(fā)展的新時期钱图，同時，也對壓鑄模具的綜合力學(xué)性能困喜、壽命等提出了更高的要求枫欢。國際模協(xié)秘書長羅百輝認(rèn)為，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)中才能達到對壓鑄模具高效率裤能、高精度和高壽命的要求返引。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勿玖、高速下充滿模具型腔而壓鑄成型,在工作過程中反復(fù)與熾熱金屬接觸,因此要求壓鑄模具有較高的耐熱疲勞隔每、導(dǎo)熱性耐磨性、耐蝕性场比、沖擊韌性贼酵、紅硬性、良好的脫模性等模庐。因此,對壓鑄模具的表面處理技術(shù)要求較高烛愧。

　　近年來,各種壓鑄模具表面處理新技術(shù)不斷涌現(xiàn),但總的來說可以分為以下三個大類:(1)傳統(tǒng)熱處理工藝的改進技術(shù);(2)表面改性技術(shù),包括表面熱擴滲處理、表面相變強化掂碱、電火花強化技術(shù)等;(3)涂鍍技術(shù),包括化學(xué)鍍等怜姿。

　　1傳統(tǒng)熱處理工藝的改進技術(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產(chǎn)生不同的效果疼燥。史可夫最近提出針對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,提高模具壽命沧卢。熱處理技術(shù)改進的另一個發(fā)展方向,是將傳統(tǒng)的熱處理工藝與先進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)淬火醉者、回火工藝相結(jié)合的NQN(即碳氮共滲-淬火-碳氮共滲)復(fù)合強化,不但得到較高的表面硬度,而且有效硬化層深度增加但狭、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,表面質(zhì)量和性能大幅提高湃交。

　　2表面改性技術(shù)

　　21表面熱擴滲技術(shù)

　　這一類型中包括有滲碳熟空、滲氮藤巢、滲硼以及碳氮共滲、硫碳氮共滲等息罗。

　　211滲碳和碳氮共滲

　　滲碳工藝應(yīng)用于冷掂咒、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,先滲碳轴艇、再經(jīng)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倍谊阐。進行滲碳處理時,主要的工藝方法有固體粉末滲碳、氣體滲碳婆掐、以及真空滲碳它蛔、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(fā)展起來的技術(shù),該技術(shù)具有滲速快呜紊、滲層均勻首袍、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(fā)揮越來越重要的作用。

　　212滲氮及有關(guān)的低溫?zé)釘U滲技術(shù)

　　這一類型中包括滲氮碧碉、離子滲氮衰呢、碳氮共滲、氧氮共滲炒肚、硫氮共滲以及硫碳氮猪出、氧氮硫三元共滲等方法。這些方法處理工藝簡便酱赘、適應(yīng)性強鬓催、擴滲溫度較低(一般為480～600℃)、工件變形小,尤其適應(yīng)精密模具的表面強化,而且氮化層硬度高恨锚、耐磨性好,有較好的抗粘模性能宇驾。

　　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倍眠冈。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飞苇、韌性好,從而獲得優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。氮化工藝是壓鑄模具表面處理常用的工藝,但當(dāng)?shù)瘜映霈F(xiàn)薄而脆的白亮層時,無法抵抗交變熱應(yīng)力的作用,極易產(chǎn)生微裂紋,降低熱疲勞抗力蜗顽。因此,在氮化過程中,要嚴(yán)格控制工藝,避免脆性層的產(chǎn)生布卡。最近,國外提出采用二次和多次滲氮工藝。采用反復(fù)滲氮的辦法可以分解容易在服役過程中產(chǎn)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(yīng)力層,使模具的壽命得以明顯提高雇盖。此外還有采用鹽浴碳氮共滲和鹽浴硫氮碳共滲等方法忿等。這些工藝在國外應(yīng)用較為廣泛,在國內(nèi)較

　　少見。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崔挖。工件表面發(fā)生氧化,呈黑色,其耐磨性贸街、耐蝕性、耐熱性均得到了改善狸相。經(jīng)此方法處理的鋁合金壓鑄模具壽命提高數(shù)百小時薛匪。再如法國開發(fā)的硫氮碳共滲后進行氮化處理的oxynit工藝,應(yīng)用于有色金屬壓鑄模具則更具特點朗溶。

　　213滲硼

　　由于滲硼層的高硬度(FeB:HV1800～2300、Fe2B:HV1300～1500)腥默、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)用效果彼窥。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,出現(xiàn)了改進的滲硼方法,解決了上述問題,而得以應(yīng)用于壓鑄模具的表面處理,如多元、涂劑粉末滲等匿微。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,隨之空冷写阐。這種方法可以獲得致密、均勻的滲層,模具表面滲層硬度翎味、耐磨性和彎曲強度都得到提高,模具使用壽命平均提高2倍以上蝉择。

　　214稀土表面強化

　　近年來,在模具表面強化中采用加入稀土元素的方法得到廣泛推崇。這是因為稀土元素具有提高滲速民逾、強化表面及凈化表面等多種功能〔13〕,它對改善模具表面組織結(jié)構(gòu),表面物理蛀植、化學(xué)及力學(xué)性能均有極大地影響,可提高滲速、強化表面语验、生成稀土化合物道葬。同時可消除分布在晶界上微量雜質(zhì)的有害作用,起著強化和穩(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澜驮。在壓鑄模具表面強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,同時使得滲層組織細小彌散惋鸥、硬度梯度下降,從而使得模具的耐磨性杂穷、抗冷、熱疲勞性能等顯著提高,從而大幅度提高模具壽命卦绣。目前應(yīng)用于壓鑄模具型腔表面的處理方法有:稀土碳共滲耐量、稀土碳氮共滲、稀土硼共滲滤港、稀土硼鋁共滲廊蜒、稀土軟氮化、稀土硫氮碳共滲等溅漾。

　　2.15表面被覆強化

　　近年來由于冷焊技術(shù)的發(fā)展山叮，使得表面處理技術(shù)得到很大的提高，特別是ESD-05上市以后添履，可以使用碳化物等不同材質(zhì)的焊材對表面進行處理屁倔，這種方式方便簡單，成本低暮胧，使用方便蛹暗。同時效果也好，漸漸的已經(jīng)成為行業(yè)的主選磕泡。

　　2.2表面激光涂層

　　221激光表面處理

　　激光表面處理是使用激光束進行加熱,使工件表面迅速熔化一定深度的薄層,同時采用真空蒸鍍坑哥、電鍍痒蛇、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10～1000m具有特殊性能的合金層,冷卻速度相當(dāng)于激冷淬火。如在H13鋼表面采用激光快速熔融工藝進行處理,熔區(qū)具有較高的硬度和良好的熱穩(wěn)定性,抗塑性變形能力高,對疲勞裂紋的萌生和擴展有明顯的抑制作用弦途。最近,薩哈和達霍特若采用在H13基材上進行激光熔覆VC層的方法,研究表明,獲得的模具表面實質(zhì)是連續(xù)俺下、致密無孔的VC鋼復(fù)合覆層,它不僅有很強的在600℃下的氧化抗力,而且有很強的抗熔融金屬還原的能力〔19〕。23電火花沉積金屬陶瓷工藝在表面改性技術(shù)的不斷發(fā)展中,出現(xiàn)了一種電火花沉積工藝颠请。該工藝在電場作用下,在母材表面產(chǎn)生瞬間高溫块启、高壓區(qū),同時滲入離子態(tài)的金屬陶瓷材料,形成表面的冶金結(jié)合,而母材表面也同時發(fā)生瞬間相變,形成馬氏體和微細奧氏體組織〔20〕。這種工藝不同于焊接,也不同于噴鍍或者元素滲入,應(yīng)該是介于兩者之間的一種工藝誉倦。它很好地利用了金屬陶瓷材料的高耐磨魔踱、耐高溫、耐腐蝕的特性,而且工藝簡單,成本較低廉肿夜。是壓鑄模具表面處理的一條新路桶求。

　　2.22WS焊機處理

　　WS焊機與激光焊機的原理是一樣的，都是通過脈沖點焊的方式進行的色查。相對于激光焊來說更方便更靈活薯演，焊絲直徑0.1-2.0mm，同時上面內(nèi)置氬弧焊的功能秧了，這樣更方便靈活跨扮。

　　3涂鍍技術(shù)

　　涂鍍技術(shù)作為模具強化技術(shù)的一種,主要應(yīng)用在塑料模、玻璃模验毡、橡膠模衡创、沖壓模等工作環(huán)境相對簡單的模具表面處理。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)來強化壓鑄模具表面晶通。但近年來,有報道采用化學(xué)復(fù)合鍍的方法強化壓鑄模具表面,以提高模具表面抗粘著性璃氢、脫模性。該方法在鋁基壓鑄模具上將聚四氟乙烯微粒浸潤后進行(NiP)-聚四氟乙烯復(fù)合鍍狮辽。實驗證明,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)一也。

　　4結(jié)語

　　模具壓力加工是機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化技術(shù)休戚相關(guān)喉脖。隨著科學(xué)技術(shù)的進步,近年來各種模具表面處理技術(shù)出現(xiàn)較大的進展椰苟。表現(xiàn)在:①傳統(tǒng)的熱處理工藝的改進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滲(各種滲氮劲吐、碳氮共滲钩厕、離子氮化、三元共滲等)拣九、鹽浴熱擴滲舌恒、滲硼、稀土表面強化含薄、激光表面處理和電火花沉積金屬陶瓷等;③涂鍍技術(shù)等方面瞒籍。但對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法滿足不斷增長的要求,可以預(yù)計更為先進的技術(shù),也有望應(yīng)用于壓鑄模具的表面處理枕褂。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。

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