CN109652757A - 一种高真空挤压压铸模的表面复合处理方法 - Google Patents

一种高真空挤压压铸模的表面复合处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高真空挤压压铸模的表面复合处理方法，属于钢表面化学热处理技术工艺领域。该方法包括模具筛选、磨抛、清洗、喷丸和渗氮处理，将生产成本较为低廉的喷丸处理技术和气体渗氮处理技术有机结合起来在高真空挤压压铸模表面处理上应用，填补国内空白，通过优化控制关键技术参数(喷丸处理：球丸材料及规格、气压、弹丸束与工件表面夹角、喷丸周期等；气体渗氮处理：保温温度及时间、氮势)，将两种的技术的最佳优势充分体现，规避各自技术上的不足点，最大限度地改善模具的抗回火软化、抗热磨损和抗熔损性能，使模具的使用寿命延长40～50％。

Description

一种高真空挤压压铸模的表面复合处理方法
技术领域
本发明属于钢表面化学热处理技术工艺领域，具体是涉及一种高真空挤压压铸模的表面复合处理方法。
背景技术
高真空挤压压铸是轿车车身结构件及底盘结构件铝镁合金的主要生产方法，压铸模具质量是决定零件产品质量的重要因素，提高压铸模质量和寿命对于降低企业的生产成本、提高经济效益至关重要。压铸模具失效形式有热疲劳、热磨损、回火软化、腐蚀熔损、变形开裂等，而由于回火软化导致的热磨损是压铸模具失效的常见形式之一，比如浇道口位置尤其明显。当挤压压铸模使用达到一定模次后，模具型腔表面会出现不同程度的软化，从而在铝液的冲蚀下产生腐蚀磨损，挤压压铸件尺寸精度因此受到影响；当型腔表面腐蚀磨损严重时，易导致脱模困难，内孔表面质量降低，影响正常生产。
为了减缓腐蚀磨损现象，对挤压压铸模的表面处理而言，一是可对模具表面进行PVD、 CVD等涂层技术表面处理，使模具表面形成一层致密稳定的高硬度薄膜涂层，能提高模具表面的抗腐蚀磨损性能。但涂层不仅成本高昂，而已其与基体在膨胀性能上的差异易产生气泡、桔皮、龟裂、剥落等现象，可能导致模具的早期失效；二是渗氮处理工艺，它是压铸模较为常用的传统工艺，成本低，而且可靠性高，渗氮后表面形成的化合物层，其性能和功能类似与上述中的涂层，渗氮方式也多种多样，包括气体渗氮、盐浴渗氮、等离子渗氮、流态炉渗氮等，随着技术的发展，渗氮种类现已扩展至多种多样，气体软氮化、盐浴共渗、稀土-硫氮碳共渗等方法都已得到实际运用。
喷丸是一种广泛使用的材料表面冷加工方法，其在钢材上应用后将会使表面纳米化，制备纳米晶层，细化晶粒，可实现表面清理、光洁度加工、成形和机械强化等多种功能，并促进B、N、S等原子在表层中的热扩散，促进渗氮等工艺的进行。该方法具有操作简易、效果显著、适用面广、能耗低等多种优势。
目前，对压铸模表面处理的方法一直是研究的重点和热点，各种方法层出不穷，还有研究者提出，进行Ni45、Co23等自熔性合金粉末的氧-乙炔火焰喷熔处理，镀镍磷、渗硼、TD 扩散法、碳化物激光熔渗等表面处理技术在热作模具上的应用有着丰富的研究，大多都能在一定程度上提高模具的耐磨性、抗氧化、抗焊合和熔损性等性能。但是目前的应用中大多都是采用单种方法进行的表面处理，对于高真空挤压压铸模的高性能要求有一定的限制作用。
发明内容
针对现有技术的上述缺陷，本发明提供了高真空挤压压铸模的表面复合处理方法。将喷丸处理技术和气体渗氮处理技术有机结合起来在挤压压铸模表面处理上应用，采用成本低廉、操作简单的流程，通过优化控制关键技术参数(喷丸处理：球丸材料及规格、气压、弹丸束与工件表面夹角、喷丸周期等；气体渗氮处理：保温温度及时间、氮势)。最后经过合理的表面喷丸处理+气体渗氮处理后，提高了模具表面的耐磨性，从而提高模具寿命。
本发明的技术方案如下：
本发明在第一方面提供了一种高真空挤压压铸模的表面复合处理方法，包括以下步骤：
步骤1、筛选：在真空淬回火处理完成的高真空挤压压铸模中，选择满足硬度要求的模具进行最终精加工；
步骤2、预处理：将经步骤1精加工完成的模具表面进行磨抛和清洗，去除模具表面的灰尘、油污等，表面不能有锈迹和碰伤；
步骤3、喷丸处理：采用喷丸机对经步骤2预处理完成的模具进行循环喷丸处理；
步骤4、渗氮处理：将经步骤3喷丸处理完的模具装入真空气体渗氮炉中，进行渗氮处理。通过控制模具升温过程中温度、氮势、炉压、渗氮时间等工艺参数，使模具获得较高的硬度、一定厚度和均匀的表面渗层，且无白亮层和脉状组织。
优选地，上述步骤1中，高真空挤压压铸模具的达标硬度为42～46HRC。
优选地，上述步骤2中，抛光后模具表面粗糙度0.4～0.8μm。
优选地，上述步骤3中，具体喷丸方法：采用铸钢弹丸作为球丸，硬度为50-52HRC，平均直径为0.8mm；喷丸时气压为3-6bar，喷射弹丸束与工件表面夹角为60～90°。
优选地，上述步骤3中，循环喷丸形变后样品表面粗糙度为1.0-1.6μm。
优选地，上述步骤4中，具体渗氮方法为：将模具放入渗氮炉中抽真空至8mbar以下，通入渗氮气体，加热渗氮炉，并调节氨气分解率为40％-50％，将氮化炉升温至400℃保温20 分钟后升温至540-565℃，氮势调节为1.0-2.0，保温10-30小时。保温结束后，打开氮化炉热交换系统，使氮化炉温度降至120℃后关闭氨气气阀，并冷至室温。
优选地，上述步骤4中，气体渗氮处理后获得的模具硬度为700～1000HV0.2。
优选地，上述步骤4中，模具表面渗层深度为80-100μm，无白亮层和脉状组织。
与现有技术相比较，本发明具有如下突出的显著优点：
将生产成本较为低廉的喷丸处理技术和气体渗氮处理技术有机结合起来在高真空挤压压铸模表面处理上应用，填补国内空白，通过优化控制关键技术参数，将两种的技术的最佳优势充分体现，规避各自技术上的不足点，最大限度地改善模具的抗回火软化、抗热磨损和抗熔损性能，从而大幅提高模具寿命。
附图说明
图1为本发明较优实施例中高真空挤压压铸模用钢SDDVA表面复合处理后的金相照片。
图2为本发明较优实施例中高真空挤压压铸模用钢SDDVA未表面处理和经不同表面处理后动态热熔损失重对比图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。所有实施例均采用高真空挤压压铸模用钢SDDVA钢作为试验材料。
实施例1
本实施例的表面氧化具体方法如下：
步骤1、筛选：在真空淬回火处理完成的模具中选择硬度满足44-46HRC的进行最终精加工；
步骤2、预处理：将经步骤1精加工完成的模具表面进行抛光，使抛光后模具表面粗糙度0.40～0.55μm，然后采用酒精或丙酮去除模具表面的灰尘、油污等，确保表面不能有锈迹和碰伤；
步骤3、喷丸处理：采用喷丸机对经步骤2预处理完成的模具进行循环喷丸处理；具体工艺：采用铸钢弹丸作为球丸，硬度为50-52HRC，平均直径为0.8mm；喷丸时气压为3bar，喷射弹丸束与工件表面夹角为90°。循环喷丸形变后样品表面粗糙度为1.0-1.2μm。
步骤4、渗氮处理：将经步骤3喷丸处理完的模具装入真空气体渗氮炉中，进行渗氮处理。具体渗氮方法为：将模具放入渗氮炉中抽真空至8mbar，通入渗氮气体，加热渗氮炉，并调节氨气分解率为40％-50％，将氮化炉升温至400℃保温20分钟后升温至540℃，氮势调节为2.0，保温30小时。保温结束后，打开氮化炉热交换系统，使氮化炉温度降至120℃后关闭氨气气阀，并冷至室温。
经过上述步骤的表面复合处理后，获得的模具表面硬度为700HV0.2，表面渗层深度为 80μm，且无白亮层和脉状组织。
实施例2
本实施例的表面氧化具体方法如下：
步骤1、筛选：在真空淬回火处理完成的模具中选择硬度满足42-44HRC的进行最终精加工；
步骤2、预处理：将经步骤1精加工完成的模具表面进行抛光，使抛光后模具表面粗糙度0.65～0.80μm，然后采用酒精或丙酮去除模具表面的灰尘、油污等，确保表面不能有锈迹和碰伤；
步骤3、喷丸处理：采用喷丸机对经步骤2预处理完成的模具进行循环喷丸处理；具体工艺：采用铸钢弹丸作为球丸，硬度为50-52HRC，平均直径为0.8mm；喷丸时气压为6bar，喷射弹丸束与工件表面夹角为60°。循环喷丸形变后样品表面粗糙度为1.4-1.6μm。
步骤4、渗氮处理：将经步骤3喷丸处理完的模具装入真空气体渗氮炉中，进行渗氮处理。具体渗氮方法为：将模具放入渗氮炉中抽真空至7mbar，通入渗氮气体，加热渗氮炉，并调节氨气分解率为40％-50％，将氮化炉升温至400℃保温20分钟后升温至565℃，氮势调节为1.0，保温10小时。保温结束后，打开氮化炉热交换系统，使氮化炉温度降至120℃后关闭氨气气阀，并冷至室温。
经过上述步骤的表面复合处理后，获得的模具表面硬度为1000HV0.2，表面渗层深度为 100μm，且无白亮层和脉状组织。
实施例3
本实施例的表面氧化具体方法如下：
步骤1、筛选：在真空淬回火处理完成的模具中选择硬度满足43-45HRC的进行最终精加工；
步骤2、预处理：将经步骤1精加工完成的模具表面进行抛光，使抛光后模具表面粗糙度0.40～0.60μm，然后采用酒精或丙酮去除模具表面的灰尘、油污等，确保表面不能有锈迹和碰伤；
步骤3、喷丸处理：采用喷丸机对经步骤2预处理完成的模具进行循环喷丸处理；具体工艺：采用铸钢弹丸作为球丸，硬度为50-52HRC，平均直径为0.8mm；喷丸时气压为4.5bar，喷射弹丸束与工件表面夹角为75°。循环喷丸形变后样品表面粗糙度为1.35-1.50μm。
步骤4、渗氮处理：将经步骤3喷丸处理完的模具装入真空气体渗氮炉中，进行渗氮处理。具体渗氮方法为：将模具放入渗氮炉中抽真空至8mbar，通入渗氮气体，加热渗氮炉，并调节氨气分解率为40％-50％，将氮化炉升温至400℃保温20分钟后升温至550℃，氮势调节为1.5，保温20小时。保温结束后，打开氮化炉热交换系统，使氮化炉温度降至120℃后关闭氨气气阀，并冷至室温。
经过上述步骤的表面复合处理后，获得的模具表面硬度为900HV0.2，表面渗层深度为90μm，且无白亮层和脉状组织。
对本发明较优实施例中的SDDVA试样进行热熔损性能评价，将试样在700℃±5℃的铝液(ADC12)中以120r/min的速度旋转30min，旋转半径25mm，然后将试样取出，采用饱和NaOH水溶液洗去粘附在试样上的铝合金，测出试样的质量，比较各表面处理试样的熔损情况，金相结果如附图1所示，在相同熔损条件下，经过喷丸+渗氮表面处理后试样的熔损失重远远小于未氧化处理或单一表面处理的试样的熔损失重，如附图2所示。
最后将采用本发明技术应用于某汽车铝合金高真空挤压压铸模，现场实物图如附图2所示，其模具使用寿命提高了40～50％。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种高真空挤压压铸模的表面复合处理方法，其特征在于，所述方法包括以下工艺步骤：
步骤1、筛选：在真空淬回火处理完成的高真空挤压压铸模中，选择满足硬度要求的模具进行最终精加工；
步骤2、预处理：将经步骤1精加工完成的模具表面进行磨抛和清洗，去除模具表面的灰尘、油污等，表面不能有锈迹和碰伤；
步骤3、喷丸处理：采用喷丸机对经步骤2预处理完成的模具进行循环喷丸处理；
步骤4、渗氮处理：将经步骤3喷丸处理完的模具装入真空气体渗氮炉中，进行渗氮处理；通过控制模具升温过程中温度、氮势、炉压、渗氮时间等工艺参数，使模具获得较高的硬度、一定厚度和均匀的表面渗层，且无白亮层和脉状组织。
2.根据权利要求1所述的高真空挤压压铸模的表面复合处理方法，其特征在于，所述步骤1中，高真空挤压压铸模具的达标硬度为42～46HRC。
3.根据权利要求1所述的高真空挤压压铸模的表面复合处理方法，其特征在于，所述步骤2中，抛光后模具表面粗糙度0.4～0.8μm。
4.根据权利要求1所述的高真空挤压压铸模的表面复合处理方法，其特征在于，所述步骤3中，具体喷丸方法：采用铸钢弹丸作为球丸，硬度为50-52HRC，平均直径为0.8mm；喷丸时气压为3-6bar，喷射弹丸束与工件表面夹角为60～90°。
5.根据权利要求1所述的高真空挤压压铸模的表面复合处理方法法，其特征在于，所述步骤3中，循环喷丸形变后样品表面粗糙度为1.0-1.6μm。
6.根据权利要求1所述的高真空挤压压铸模的表面复合处理方法，其特征在于，所述步骤4中，具体渗氮方法为：将模具放入渗氮炉中抽真空至8mbar以下，通入渗氮气体，加热渗氮炉，并调节氨气分解率为40％-50％，将氮化炉升温至400℃保温20分钟后升温至540-565℃，氮势调节为1.0-2.0，保温10-30小时；保温结束后，打开氮化炉热交换系统，使氮化炉温度降至120℃后关闭氨气气阀，并冷至室温。
7.根据权利要求1所述的高真空挤压压铸模的表面复合处理方法，其特征在于，所述步骤4中，气体渗氮处理后获得的模具硬度为700～1000HV0.2。
8.根据权利要求1所述的高真空挤压压铸模的表面复合处理方法，其特征在于，所述步骤4中，模具表面渗层深度为80-100μm，无白亮层和脉状组织。
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