压铸模具的表面处理新技术.doc

压铸模具的表面处理新技术  压铸模具是模具中的一个大类。随着我国汽车、 摩托车工业的迅速发展，压铸行业迎来了发展的新时 期。同时，也对压铸模具的综合力学性能、寿命等提 出了更高的要求。要满足不断提高的使用性能需求， 仅仅依靠新型模具材料的应用仍然很难满足，必须将 各种表面处理技术应用到压铸模具的表面处理当中， 才能达到对压铸模具高效率、高精度和高寿命的要 求〔I，2〕 在各种模具中，压铸模具的工作条件是较为苛刻 的。压力铸造是使熔融金属在高压、高速下充满模具 型腔而压铸成型，在工作过程中反复与炽热金属接 触，因此要求压铸模具有较高的耐热疲劳、导热性、 耐磨性、耐蚀性、冲击韧性、红硬性、良好的脱模性 等〔3〕。因此，对压铸模具的表面处理技术要求较高。 近年来，各种压铸模具表面处理新技术不断涌 现，但总的来说可以分为以下三个大类： 传统热处理工艺的改进技术； 表面改性技术，包括表面热扩渗处理、表面 相变强化、电火花强化技术等； 涂镀技术，包括化学镀等。 1传统热处理工艺的改进技术 传统的压铸模具热处理工艺是淬火-回火，以后 又发展了表面处理技术。由于可作为压铸模具的材料 多种多样，同样的表面处理技术和工艺应用在不同的 材料上会产生不同的效果。史可夫最近提出针对模具 基材和表面处理技术的基材预处理技术，在传统工艺 的基础上，对不同的模具材料提出适合的加工工艺， 从而改善模具性能，提高模具寿命〔4〕。 热处理技术改进的另一个发展方向，是将传统的 热处理工艺与先进的表面处理工艺相结合，提高压铸 模具的使用寿命。如将化学热处理的方法碳氮共渗， 与常规淬火、回火工艺相结合的NQN (即碳氮共渗 -淬火-碳氮共渗）复合强化，不但得到较高的表面 硬度，而且有效硬化层深度增加、渗层硬度梯度分布 合理、回火稳定性和耐蚀性提高，从而使得压铸模具 在获得良好心部性能的同时，表面质量和性能大幅提 高〔5〕 高。 2表面改性技术 2. 1表面热扩渗技术 这一类型中包括有渗碳、渗氮、渗硼以及碳氮共 渗、硫碳氮共渗等。 2 1. 1渗碳和碳氮共渗 渗碳工艺应用于冷、热作和塑料模具表面强化 中，都能提高模具寿命。如32W8V钢制的压铸模 具，先渗碳、再经1140~ 1150°C淬火，550 °C回火两 次，表面硬度可达HRC 56~ 61，使压铸有色金属及 其合金的模具寿命提高1.8~ 3. 0倍〔6〕。 进行渗碳处理时，主要的工艺方法有固体粉末渗 碳、气体渗碳、以及真空渗碳、离子渗碳和在渗碳气 氛中加入氮元素形成的碳氮共渗等。其中，真空渗碳 和离子渗碳则是近20年来发展起来的技术，该技术 具有渗速快、渗层均匀、碳浓度梯度平缓以及工件变 形小等特点，将会在模具表面尤其是精密模具表面处 理中发挥越来越重要的作用。 2 1. 2渗氮及有关的低温热扩渗技术 这一类型中包括渗氮、离子渗氮、碳氮共渗、氧 氮共渗、硫氮共渗以及硫碳氮、氧氮硫三元共渗等方 法。这些方法处理工艺简便、适应性强、扩渗温度较 低（一般为480~ 600V)、工件变形小，尤其适应精 密模具的表面强化，而且氮化层硬度高、耐磨性好， 有较好的抗粘模性能。 3Cr2W8V钢压铸模具，经调质、520~ 540°C氮 化后，使用寿命较不氮化的模具提高2~ 3倍。美国 用H13钢制作的压铸模具，不少都要进行氮化处理， 且以渗氮代替一次回火，表面硬度高达HRC 65~ 70，而模具心部硬度较低、韧性好，从而获得优良的 综合力学性能〔6〕。 氮化工艺是压铸模具表面处理常用的工艺，但当 氮化层出现薄而脆的白亮层时，无法抵抗交变热应力 的作用，极易产生微裂纹，降低热疲劳抗力。因此， 在氮化过程中，要严格控制工艺，避免脆性层的产 生〔7’8〕。最近，国外提出采用二次和多次渗氮工 艺〔9〕。采用反复渗氮的办法可以分解容易在服役过 程中产生微裂纹的氮化物白亮层’增加渗氮层厚度， 并同时使模具表面存在很厚的残余应力层〔1()〕，使模 具的寿命得以明显提高。 此外还有采用盐浴碳氮共渗和盐浴硫氮碳共渗等 方法〔11]。这些工艺在国外应用较为广泛，在国内较 少见。如TFI+ ABI工艺，是在盐浴氮碳共渗后再于 碱性氧化性盐浴中浸渍。工件表面发生氧化，呈黑 色，其耐磨性、耐蚀性、耐热性均得到了改善。经此 方法处理的铝合金压铸模具寿命提高数百小时。再如 艺，应用于有色金属压铸模具则更具特点[11〕。 2. 1. 3渗硼 由于渗硼层的高硬度（FeB: HV1800~ Fe2B: HV1300~ 1500)、耐磨性和红硬性，以及一定 的耐蚀性和抗粘着性，渗硼技术在模具工业中获得较 好的应用效果。但因压铸模具工作条件十分苛刻，故 渗硼工艺较少应用于压铸模具表面处理中，但近年 来，出现了改进的渗硼方法，解决了上述问题，而得 以应用于压