CN110885978B - 一种铝型材挤压热作模具工作带的强化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种铝型材挤压热作模具工作带的强化方法，属于有色行业铝型材挤压制造模具表面强化领域。本发明通过强化模具工作带，强化模具不需要进行氮化处理，使用寿命高于多次渗氮模具的寿命，这样在保证产品质量的前提下，可以减少挤压过程中的换模，同时减少了多次渗氮过程中的装、卸模，碱洗，打磨，渗氮工序，节约了生产周期和制造成本。与此同时，由于强化模具工作带表面保持光亮的慢走丝线割光亮度，其挤压后的铝型材表面光亮度更高，对表面光亮度有要求的铝型材更有优势。

Description

一种铝型材挤压热作模具工作带的强化方法
技术领域
本发明涉及有色行业铝型材挤压制造模具表面强化技术领域，尤其涉及一种铝型材挤压热作模具工作带的强化方法。
背景技术
在铝型材生产企业中，模具的好坏以及模具是否能够合理使用和维护，直接决定了企业是否能够正常、合格的生产出型材来。挤压模具在型材挤压生产中的工作条件是十分恶劣的，既需要在高温、高压下承受剧烈的摩擦、磨损作用，并且还需要承受周期性载荷作用。这都需要模具具有较高的热稳定性、热疲劳性、热耐磨性和足够的韧性。
表面渗氮处理能使模具在保持足够韧性的前提下大大提高模具的表面硬度，以减少模具使用时的产生热磨损。需要注意的是表面渗氮并不是一次就可以完成的，在模具服役期间必须进行3～4次的反复渗氮处理，一般要求渗氮层厚度达到0.15mm左右。比较合适的表面渗氮过程为在模具入厂检验后进行靠前次渗氮。此时由于渗氮层组织尚不稳定，应该在挤压5～10条棒后再次渗氮。第二次渗氮后，可挤压40～80条棒。第三次渗氮后以不超过100～120条棒为宜。模具的渗氮层表面发暗、光洁度低，因此挤压的铝材表面光亮度低。要注意的是前期渗氮时要经过合适的生产过程方能进行渗氮，渗氮次数不能过于频繁，否则工作带易脱层。
综上所述，目前铝型材挤压模具需要多次渗氮，才能满足生产要求，周期长，成本高；渗氮工艺要求高；使用寿命低，经过3次渗氮大约只能挤压200根铝棒；且挤压的铝材表面光亮度低。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种铝型材挤压热作模具工作带的强化方法。本发明提供的强化方法使得挤压模具不需要进行氮化处理，使用寿命高于多次渗氮模具的寿命，且强化模具工作带表面保持光亮的慢走丝线割光亮度，挤压后的铝型材表面光亮度高。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种铝型材挤压热作模具工作带的强化方法，包括以下步骤：
对铝型材挤压热作模具的上模工作带和下模工作带进行表面机加工，获得强化层加工余量，得到处理后模具；
对所述处理后模具依次进行打磨清理和预热，得到预处理模具；
在所述预处理模具表面形成强化工作带，得到强化模具，所述强化工作带的材料包括以下重量百分含量的组分：C：0.80～0.90％、Co：2.5～4.5％，Si：0.40～0.55％，Mn：0.35～0.45％，S：≤0.030％，P：≤0.030％，Cr：3.80～4.40％，Ni：≤0.30％，Cu：≤0.25％，V：1.95～2.35％，Mo：4.50～5.50％，W：5.50～6.50％，余量的Fe；
将所述强化模具依次进行回火和冷却，完成铝型材挤压热作模具工作带的强化。
优选地，所述上模工作带的表面机加工为：对上模工作带整体去除5～8mm。
优选地，所述下模工作带的表面机加工为：对下模工作带整体去除5～8mm。
优选地，所述上、下模工作带的表面机加工为：对上、下模工作带的上表面进行5×45°的倒角，获得强化坡口。
优选地，所述预热的温度为500～560℃，时间为1～3h。
优选地，所述强化工作带的材料包括以下重量百分含量的组分：C：0.85％、Co：3.5％，Si：0.45％，Mn：0.35％，S：≤0.030％，P：≤0.030％，Cr：3.85％，Ni：≤0.30％，Cu：≤0.25％，V：1.95％，Mo：4.55％，W：5.55％，余量的Fe。
优选地，所述形成强化工作带的方法包括激光熔覆、等离子熔覆或堆焊。
优选地，所述激光熔覆的条件包括：激光功率为800～1200W，扫描速度为7～15mm/s，送粉速率为0.7～1.2r/min。
优选地，所述回火的温度为500～560℃，时间为10～20min。
优选地，所述铝型材挤压热作模具为普通平面模具、带导流槽式平面模具或带导流板式平面模具。
本发明提供了一种铝型材挤压热作模具工作带的强化方法，包括以下步骤：对铝型材挤压热作模具的上模工作带和下模工作带进行表面机加工，获得强化层加工余量，得到处理后模具；对所述处理后模具依次进行打磨清理和预热，得到预处理模具；在所述预处理模具表面形成强化工作带，得到强化模具，所述强化工作带的材料包括以下重量百分含量的组分：C：0.80～0.90％、Co：2.5～4.5％，Si：0.40～0.55％，Mn：0.35～0.45％，S：≤0.030％，P：≤0.030％，Cr：3.80～4.40％，Ni：≤0.30％，Cu：≤0.25％，V：1.95～2.35％，Mo：4.50～5.50％，W：5.50～6.50％，余量的Fe；将所述强化模具依次进行退火和冷却，完成铝型材挤压热作模具工作带的强化。
与现有技术相比，本发明的独特之处在于：本发明通过强化模具工作带，强化模具不需要进行氮化处理，使用寿命高于多次渗氮模具的寿命，这样在保证产品质量的前提下，可以减少挤压过程中的换模，同时减少了多次渗氮过程中的装、卸模，碱洗，打磨，渗氮工序，节约了生产周期和制造成本。与此同时，由于强化模具工作带表面保持光亮的慢走丝线割光亮度，其挤压后的铝型材表面光亮度更高，对表面光亮度有要求的铝型材更有优势。本发明提供的强化工作带的材料具有多元素合金化效果，其中钒、钼和钨能够形成碳化物，起到提高硬度，增强熔覆层硬度和耐磨性的作用，且碳化物的析出强化能够在铝合金挤压温度下仍然具有较高的硬度，满足铝合金挤压的应用；钴的加入可以提高强化层的热强性和高温硬度，但过多的钴使得材料的焊接性能降低，导致强化层开裂，特别是模具的内圆或内腔锐角多尖锐、应力集中效应大，开裂倾向更加明显，所以将钴的含量控制在2.5～4.5％之间，强化层不会产生开裂；硅和锰元素的加入可以提高材料的熔覆性能，起到造渣脱氧的目的，其含量过高也会造成熔覆层开裂倾向增大；硫和磷是有害元素其含量需要控制在较低范围，本发明中，硅控制在0.40～0.55％和锰控制在0.35～0.45％；铬的加入可以提高强化层中铁素体硬度及促进马氏体形成；控制Ni：≤0.30％，Cu：≤0.25％，镍含量过高会导致强化层奥氏体化，降低马氏体的形成量，不利于模具强化的高温硬度性能，因此尽量不含有镍元素，在本发明中允许残留含量小于等于0.3％，铜的含量增加会导致模具强化层的强度降低，因此控制在小于或等于0.25％；钒、钼、钨都可以在熔覆过程中和碳反应成硬质碳化物，有效提高模具强化层高温硬度，使得模具在高温挤压过程中具有较好的高温耐磨性能。本发明通过模具工作带的强化，可以省略新模具制造和生产过程中的渗氮，解决了原有模具因渗氮而造成的制造周期长、制造成本高等难题。同时该方法还能对工作带磨损量超过要求的模具重新强化修复、已达到新模的效果，而且可多次强化修复；并获得光亮度更高的挤压铝型材。
附图说明
图1为带导流槽式平面模具的实物图；
图2为对上模工作带进行表面进行整体机加工的实物图；
图3为对上模工作带进行表面进行整体机加工的实物图；
图4为对下模工作带的上表面进行5×45°的倒角的实物图。
具体实施方式
本发明提供了一种铝型材挤压热作模具工作带的强化方法，包括以下步骤：
对铝型材挤压热作模具的上模工作带和下模工作带进行表面机加工，得到处理后模具；
对所述处理后模具依次进行打磨清理和预热，获得强化层加工余量，得到预处理模具；
在所述预处理模具表面形成强化工作带，得到强化模具，所述强化工作带的材料包括以下重量百分含量的组分：C：0.80～0.90％、Co：2.5～4.5％，Si：0.40～0.55％，Mn：0.35～0.45％，S：≤0.030％，P：≤0.030％，Cr：3.80～4.40％，Ni：≤0.30％，Cu：≤0.25％，V：1.95～2.35％，Mo：4.50～5.50％，W：5.50～6.50％，余量的Fe；
将所述强化模具依次进行回火和冷却，完成铝型材挤压热作模具工作带的强化。
本发明对铝型材挤压热作模具的上模工作带和下模工作带进行表面机加工，获得强化层加工余量，得到处理后模具。在本发明中，所述铝型材挤压热作模具优选为普通平面模具、带导流槽式平面模具(实物图如图1所示)或带导流板式平面模具。
在本发明中，所述上模工作带的表面机加工优选为：对上模工作带整体去除5～8mm(实物图如图2所示)。
在本发明中，所述下模工作带的表面机加工优选为：对下模工作带整体去除5～8mm(实物图如图3所示)。
在本发明中，所述上、下模工作带的表面机加工优选为：对上、下模工作带的上表面进行5×45°的倒角(实物图如图4所示)。
得到处理后模具后，本发明对所述处理后模具依次进行打磨清理和预热，得到预处理模具。本发明对所述打磨清理的具体方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方式即可。在本发明中，所述预热的温度优选为500～560℃，更优选为520～540℃，时间优选为1～3h。在本发明中，所述预热的作用是：预防强化带产生裂纹，充足的预热时间保证模具内外温度均匀。
得到预处理模具后，本发明在所述预处理模具表面形成强化工作带，得到强化模具，所述强化工作带的材料包括以下重量百分含量的组分：C：0.80～0.90％、Co：2.5～4.5％，Si：0.40～0.55％，Mn：0.35～0.45％，S：≤0.030％，P：≤0.030％，Cr：3.80～4.40％，Ni：≤0.30％，Cu：≤0.25％，V：1.95～2.35％，Mo：4.50～5.50％，W：5.50～6.50％，余量的Fe。在本发明中，钒、钼和钨能够形成碳化物，起到提高硬度，增强熔覆层硬度和耐磨性的作用，且碳化物的析出强化能够在铝合金挤压温度下仍然具有较高的硬度，满足铝合金挤压的应用；钴的加入可以提高强化层的热强性和高温硬度，但过多的钴使得材料的焊接性能降低，导致强化层开裂，特别是模具的内圆或内腔锐角多尖锐、应力集中效应大，开裂倾向更加明显，所以将钴的含量控制在2.5～4.5％之间，不会产生开裂；硅和锰元素的加入可以提高材料的熔覆性能，起到造渣脱氧的目的，其含量过高也会造成熔覆层开裂倾向增大；硫和磷是有害元素其含量需要控制在较低范围，本发明中，硅控制在0.40～0.55％和锰控制在0.35～0.45％；铬的加入可以提高强化层中铁素体硬度及促进马氏体形成；控制Ni：≤0.30％，Cu：≤0.25％，镍含量过高会导致强化层奥氏体化，降低马氏体的形成量，不利于模具强化的高温硬度性能，因此尽量不含有镍元素，在本发明中允许残留含量小于等于0.3％，铜的含量增加会导致模具强化层的强度降低，因此控制在小于或等于0.25％；钒、钼、钨都可以在熔覆过程中和碳反应成硬质碳化物，有效提高模具强化层高温硬度，使得模具在高温挤压过程中具有较好的高温耐磨性能。
在本发明中，所述强化工作带的材料优选包括以下重量百分含量的组分：C：0.85％、Co：3.5％，Si：0.45％，Mn：0.35％，S：≤0.030％，P：≤0.030％，Cr：3.85％，Ni：≤0.30％，Cu：≤0.25％，V：1.95％，Mo：4.55％，W：5.55％，余量的Fe。
在本发明中，所述形成强化工作带的方法优选包括激光熔覆、等离子熔覆或堆焊。在本发明中，所述激光熔覆的条件优选包括：激光功率为800～1200W，扫描速度为7～15mm/s，送粉速率为0.7～1.2r/min；所述等离子熔覆的条件优选包括：电流130～150A，离子气流量1.5～2.0L/min，保护气流量10～18L/min；所述堆焊的条件优选包括：电压23～28V，电流150～180A，氩气流量12～16L/min。
在本发明中，所述强化工作带的厚度优选为5～8mm。
得到强化模具后，本发明将所述强化模具依次进行回火和冷却，完成铝型材挤压热作模具工作带的强化。
在本发明中，所述退火的温度优选为500～560℃，更优选为520～540℃，时间优选为10～20min。
在本发明中，所述冷却优选为随炉冷却至200℃以下出炉，在空气中自然冷却。
所述冷却完成后，优选还包括进行机加工，得到带有强化工作带的铝型材挤压热作模具。
为了进一步说明本发明，下面结合实例对本发明提供的铝型材挤压热作模具工作带的强化方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
以一种平面分流组合模进行说明，强化后的工作带不需要渗氮处理，具体实施步骤如下：
强化工作带的材料的成分包括以下质量百分含量的组分：碳C：0.85％；钴Co：3.5％；硅Si：0.45％；锰Mn：0.35％；铬Cr：3.85％；钒V：1.95％；钼Mo：4.55％；钨W：5.55％；硫S：≤0.030％；磷P：≤0.030％；镍Ni：≤0.30％；铜Cu：≤0.25％，余量的铁。
对模具的工作带进行强化处理，强化工艺流程如下：
(1)将上模工作带整体去除约5mm(图2)；
(2)对下模工作带进行加工，可以分两种方式：
A.对下模工作带整体去除约5mm的深度和宽度(图3)；
B.对下模工作带上表面进行5×45°的倒角(图4)；
(3)对机加后的工作带进行打磨清理；
将打磨清理好的模具在退火炉中进行500℃预热1小时；将模具出炉装夹到夹具上，采用激光熔覆(激光熔覆的条件包括：激光功率为800W，扫描速度为7mm/s，送粉速率为0.7r/min)，形成一层高温耐磨堆焊层，将堆强化模具尽快放到炉内500℃保温10分钟并炉冷至200℃以下出炉，在空气中自然冷却至室温。
对具有堆焊层的模具按工作带原要求进行机加工，得到带有强化工作带的铝型材挤压热作模具。
对模具强化表面进行硬度检测，硬度值为61HRC。将强化模具用于挤压生产，先进行试模生产，对产品尺寸、表面状态进行检测，达到生产标准，进行批量生产。强化模具连续挤压6个小时，产品表面质量光滑、光亮，光亮度达到1级水平。铝型材表面粗糙度达到Ra0.05mm，优于渗氮模具表面粗糙度Ra0.4mm，证明得到的铝型材表面光亮度较高。
实施例2
以一种平面分流组合模进行说明，强化后的工作带不需要渗氮处理，具体实施步骤如下：
强化工作带的材料的成分包括以下质量百分含量的组分：碳C：0.8％；钴Co：4.5％；硅Si：0.4％；锰Mn：0.45％；铬Cr：4.4％；钒V：2.35％；钼Mo：5.5％；钨W：6.5％；硫S：≤0.030％；磷P：≤0.030％；镍Ni：≤0.30％；铜Cu：≤0.25％，余量的铁。
对模具的工作带进行强化处理，强化工艺流程如下：
(1)将上模工作带整体去除约5mm(图2)；
(2)对下模工作带进行加工，可以分两种方式：
A.对下模工作带整体去除约5mm的深度和宽度(图3)；
B.对下模工作带上表面进行5×45°的倒角(图4)；
(3)对机加后的工作带进行打磨清理；
将打磨清理好的模具在退火炉中进行560℃预热1小时；将模具出炉装夹到夹具上，采用等离子体熔覆(等离子体熔覆的条件包括：电流130，离子气流量1.5L/min，保护气流量10L/min)，形成一层高温耐磨堆焊层，将堆强化模具尽快放到炉内560℃保温10分钟并炉冷至200℃以下出炉，自然冷却至室温。
对具有堆焊层的模具按工作带原要求进行机加工。
对模具强化表面进行硬度检测，硬度值为59HRC。将强化模具用于挤压生产，先进行试模生产，对产品尺寸、表面状态进行检测，达到生产标准，进行批量生产。强化模具连续挤压6个小时，产品表面质量光滑、光亮，光亮度达到1级水平。铝型材表面粗糙度达到Ra0.07mm，优于渗氮模具表面粗糙度Ra0.4mm，证明得到的铝型材表面光亮度较高。
实施例3
与实施例1相同，区别仅在于强化工作带的材料的成分包括以下质量百分含量的组分：碳C：0.9％；钴Co：2.5％；硅Si：0.55％；锰Mn：0.35％；铬Cr：3.8％；钒V：1.95％；钼Mo：4.5％；钨W：5.5％；硫S：≤0.030％；磷P：≤0.030％；镍Ni：≤0.30％；铜Cu：≤0.25％，余量的铁；分别对上、下模工作带的上表面进行5×45°的倒角，获得强化坡口；形成强化工作带的方法为堆焊，堆焊条件包括：电压28V，电流180A，氩气流量16L/min。
对模具强化表面进行硬度检测，硬度值为56HRC。将强化模具用于挤压生产，先进行试模生产，对产品尺寸、表面状态进行检测，达到生产标准，进行批量生产。强化模具连续挤压6个小时，产品表面质量光滑、光亮，光亮度达到1级水平。铝型材表面粗糙度达到Ra0.09mm，优于渗氮模具表面粗糙度Ra0.4mm，证明得到的铝型材表面光亮度较高。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种铝型材挤压热作模具工作带的强化方法，其特征在于，包括以下步骤：
对铝型材挤压热作模具的上模工作带和下模工作带进行表面机加工，获得工作强化层余量，得到处理后模具；
对所述处理后模具依次进行打磨清理和预热，得到预处理模具；所述预热的温度为500℃，时间为1h；
在所述预处理模具表面形成强化工作带，得到强化模具，所述强化工作带的材料包括以下重量百分含量的组分：C：0.85％、Co：3.5％，Si：0.45％，Mn：0.35％，S：≤0.030％，P：≤0.030％，Cr：3.85％，Ni：≤0.30％，Cu：≤0.25％，V：1.95％，Mo：4.55％，W：5.55％，余量的Fe；
将所述强化模具依次进行回火和冷却，完成铝型材挤压热作模具工作带的强化，所述回火的温度为500℃，时间为10min。
2.根据权利要求1所述的强化方法，其特征在于，所述上模工作带的表面机加工为：对上模工作带整体去除5～8mm。
3.根据权利要求1所述的强化方法，其特征在于，所述下模工作带的表面机加工为：对下模工作带整体去除5～8mm。
4.根据权利要求1所述的强化方法，其特征在于，所述上、下模工作带的表面机加工为：对上、下模工作带的上表面进行5×45°的倒角，加工出强化带坡口。
5.根据权利要求1所述的强化方法，其特征在于，所述形成强化工作带的方法包括激光熔覆、等离子熔覆或堆焊。
6.根据权利要求5所述的强化方法，其特征在于，所述激光熔覆的条件包括：激光功率为800～1200W，扫描速度为7～15mm/s，送粉速率为0.7～1.2r/min。
7.根据权利要求1所述的强化方法，其特征在于，所述铝型材挤压热作模具为普通平面模具、带导流槽式平面模具或带导流板式平面模具。
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