H13钢的表面热处理.doc

h13钢的表面热处理 - 压铸模具的使用寿命决定于很多因素：模具设计的合理性，模具材料选择正确性，模具机械加工和热处理工艺的合理正确制订，当然还应涉及模具的使用条件和维护。其中模具材料的质量和热处理是相当重要的关键因素。热处理应包括整体工件的热处理和工件的表面改性。相关的标准主要有北美压铸协会标准、法国汽车工业会、德国钢铁协会、材料协会和压铸协会的标准，还有通用汽车、福特汽车的推荐标准等。对h13钢整体热处理和检测十分重要, h13钢锻模和铝合金压铸模的表面改性目前主要在以下两个方面：（1）铁素体氮碳共渗和硫氮碳共渗技术（2）pvd涂层技术。国内外在这两方面进行的研究论文有了发表， 但具体工业应用报导不多。专门从事材料表面改性技术的法国hef集团在一些国际性会议上以论文形式报导了h13钢表面改性工业应用的实例，同时艾福表面处理技术（上海）有限公司（hef shanghai）结合舍福表面处理技术有限公司（ts shanghai）的实践汇同国外的相关文献（尤其是nadca的专家和case western reserve 大学教授的工作）作一定描述。 国内普遍认为， 热疲劳发生龟裂损伤和热磨损是热作模具失效的两大主要原因。这方面，国外的相关文献叙述得十分明确：模具的损坏和限制模具寿命上升的三个机制为： 1)液态金属铝的粘焊（soldering）和化学冲蚀损伤。 2)磨损和腐蚀。 3)热疲劳开裂。 其中1)是最重要的失效机制。他们提出采用铁素体氮碳共渗和离子氮化能显著提高工具钢的模具寿命。国内有关铝熔损的试验指出，当模具材料硬度为45hrc时，未表面处理的铝熔损率高达54.90时，当采用盐浴硫氮碳共渗，其熔损率仅为0.10，当采用盐浴氮碳共渗（软氮化）后在加上pvd处理时，熔损率更明显降低至0.10。由此可见h13钢的表面改性的效果十分明显。 提高钻套使用寿命和热处理工艺方法 - 技术要求 (1)硬度要求表面淬火硬度为6365hrc。 (2)变形要求变形要小，尖角处无淬火裂纹。 (3)金相组织要求表层无脱碳层，马氏体级别小于3级。 材料，钻套采用t12a钢制造，材料化学成分要求执行gb/t12981986碳素工具钢的化学成分及力学性能标准，其主要化学成分：o1.15%1.24%，si0.35%，mn0.40%。 热处理工艺的改进：(1)原热处理工艺主要设备采用ryd159型箱式电阻炉，工艺路线为装卡加热淬火回火抛丸清理检验，其具体工艺操作要求为：在箱式炉中790810加热并保温1520min后，取出空冷35s，淬入水中34s，迅速转入油中冷却；回火采用rjj356型井式回火炉，要求淬火后及时回火，由于钻套在空气炉中加热时，表面产生了一些氧化，因此淬火硬度偏下限，为6263hrc，钻套使用寿命相对较低，为解决这一问题，可以在钻套加热前表面涂以保护涂料以减轻氧化。 (2)热处理工艺主要设备采用ryd508型盐浴炉，工艺路线为装卡预热加热淬火回火抛丸清理检验。其具体工艺操作要求为：先在一台盐浴炉边预热2030min后，在此盐浴炉中770790加热并保温34min，然后淬人含40%50%naoh的饱和水溶液(介质温度40)35min，因40%50%naoh的饱和水溶液在40时具有较高的冷却能力，采用盐浴加热可以很好地减少钻套的氧化，因此，其淬火硬度较高，较使用空气炉提高了23hrc，使用寿命较使用空气炉提高一倍多，回火采用rjj356型井式回火炉，钻套淬火后，为避免产生裂纹需要立即回火。(3)新热处理工艺主要设备采用rjj359t型井式气体渗碳炉和ryd508型盐浴炉，其工艺路线为装卡渗碳空冷预热再加热淬火回火抛光清理检验。其具体工艺操作要求为：在一井式渗碳炉中850渗碳空冷后，先在一台盐浴炉边预热2030min，然后在此盐浴炉中770790 加热并保温34min，并淬入油中(淬火油采用y15型快速光亮淬火油，油温为8090，这样既有较高的冷却能力，又有利于减少淬火变形)；回火采用rjj356型井式旧火炉。加热淬火的零件同直接淬火的零件相比，可以得到进一步细化的晶粒度和显微组织，因而能够获得良好的综合力学性能，钻套采用新的热处理工艺渗碳空冷后再加淬火工艺后，其表层获得的金相组织为弥散细小颗粒状碳化物，渗碳层厚度为0.400.50min，而且表面硬度高，因此，其耐磨性大大增加，使用寿命较使用空气炉处理提高34倍。 经过一年多的生产实践证明，采用新的热处理处理的钻套，其质量稳定可靠，使用寿命长，很好地满足了生产和产品技术的要求，由于所需要加工的钻套可以随其他渗碳层要求相近的工件一同装炉进行渗碳，因此，钻套的热处理相对比较方便。 钻套采用渗碳空冷后进行再加热淬火处理后，不仅表面硬度大大提高，而且表层可以获得较理想的弥散细小颗粒状碳化物，因此，其耐磨性大大提高，使用寿命提高了34倍，很好地满足了生产和产品技术的要求。 高速铣削方法 - 高速铣削加工特征：采用小的径向切削深度（啮合量）ae（降低切削热产生）；采用小的平均断屑厚度切削hm（降低切削热产生）；采用小的轴向切削深度（余量）ap（降低切削热产生）；采用更耐磨的硬质合金刀片材质等级（因为红硬性好的硬质合金刀片材质等级在高的线速度下以及工件硬度高但线速度相同时，具有更好的刀具寿命）；尽量采用比较锋利的切削刃和槽型设计；采用加冷却液的加工方法使其及时带走因高速切削而产生的大量切削热。（可能因此影响刀具寿命，但是综合经济性反而提高）。 高速铣削方法带来的优点是：大大减少后续抛光所需时间，减少（甚至取消）电火花加工所需时间，缩短3d造型所需时间，节省加工辅助材料的无畏消耗，良好的质量和表面粗糙度ra，避免或延缓变形，生产效率高，切削热量产生低，从而减少对工件质量的影响。 高速铣削方法需要注意的事项：对编程要求提高，不过随着软件的发展会愈来愈没问题；对操作人员素质要求提高；由于工艺新颖，需要时间学习、优化；必须确保万无一失（新的软件仿真、模拟技术提供强大支援）；适用于计划性良好和有足够利润的中高端产品； 要求系统的同轴度好，刀具径向跳动量小。 大量的试验结果表明：刀具每增加约10 m的径向跳动量，其使用寿命就会出现20%50%的下降，适用于高速铣削的刀具夹持产品有热胀式刀柄、d型精密夹头刀柄和液压刀柄。 热胀式刀柄的最高转速为45000 r/min，d型精密弹簧夹头刀柄的最高转速为100 000r/min。hsk-a63型液压刀柄的转速上限为40 000 r/min，3倍刀具直径处的径向跳动量为3m。 不锈钢薄板拉伸皱纹 - 不锈钢制品以其精美的外表、优良的抗腐蚀性、抗高温氧化性及高低温强度，而愈来愈广泛地用于很多行业。由于这类产品外观质量要求较高，在产品的整个加工过程中，要保证高光亮度的产品表面不划伤和擦伤难度确实很大，特别是由于不锈钢薄板拉深特性所带来的模具选材、热处理、加工及工艺润滑等问题直接影响到产品质量、产量、成本及模具寿命。 模具工作部分材料选择，针对皱纹问题，经过实践证明：选用铸铝青铜、硬铝青铜防粘效果较好；采用碳化钨钢结硬质合金制造凹模比用cr12mov软氮化制造凹模寿命提高数倍，且不粘模；如果采用代号3054合金铸铁，只需在模具表面进行火焰淬火，模具表面不会出现皱纹。 模具工作部分的表面加工，不锈钢拉深模表面质量要求很高，较低的表面粗糙度可以起到减摩和提高抗粘合性的作用。因此，模具表面粗糙度降低，模具的修磨次数相应减少，模具使用寿命相应地得到提高。 工艺润滑，由不锈钢拉深特性可知，形成皱纹是因为板料与模具发生了直接接触，因此选择润滑剂或涂覆剂的首要点就是在板料拉深成形过程中润滑膜自始至终不发生破裂并且起润滑作用。“防粘降摩”是选择润滑剂的基本出发点。 一般在润滑剂中加一定比例的添加剂或采用固体润滑剂均可取得较好效果，这主要是提高润滑剂对金属表面的润滑能力，用以产生含硫、磷、氯的化合物在高温下与金属表面起化学反应，生成硫化铁、氯化铁等来加强油膜强度和增强吸附能力，较好地润滑模具与产品表面。 固体润滑剂则是填充到金属表面的小坑内，使干磨擦接触点减少到最少，另外固体润滑剂有很高的稳定性，在高温下也能起到润滑作用，不易发生模具粘结。通常在生产中根据产品变形程度和实际情况选择和配方(有关冲压手册上可查到配方)。 另外，由脂肪、矿物油、合成油脂、润滑脂、皂液也可组成润滑剂，且对不锈钢浅拉深效果较好，含有水溶乳浊液，或者用油稀释的有机矿物油也可用于浅拉延，在润滑剂中加入石墨能起到抗粘合的作用但石墨加人后的清洗较困难，如选用代号3054合金铸铁制作模具，那么选用一般润滑剂效果都较好。 据资料介绍板料经盐浴处理可在表面获得一层金属软模(如铜、锌、铅等)，拉深成形过程中不会出现粘模现象。另外，近年来研制出了一种以聚乙烯醇缩丁醛为主体的有机高分子润滑膜，毛坯经过处理，表面得到一层有机润滑膜，它可随板料一起变形，这不仅避免了模具与板料的直接接触，防止了粘模，保证了产品表面质量。而且极大的减弱了模具与板料的摩擦作用，起到良好的润滑作用，实验表明效果良好。 影响冲压模具耐用度的原因 - 1、结构设计不合理的影响 冲模结构是影响冲模耐用度的关键，结构不合理容易造成刚性差和壁厚分布不均匀，以及表面缺陷（如表面氧化、脱碳、裂痕、疤痕）都会影响材料的性能，造成冲模的早期失效。 2、冲模材料选择的影响 选择合适的冲模材料可以防止冲模早期失效。夹杂物使冲模内部产生裂纹，引起脆性断裂，在进一步的热处理和使用中，该裂纹进一步扩展而引起冲模开裂。钢材在进行热加工和退火时，再机加工后有时仍残留脱碳层，由于内外层组织不同，造成热处理冷却速度不一致，产生裂纹，引起冲模开裂。含有较高的炭和合金元素，有较多的共晶化合物，导致淬火时常常出现沿着带状碳化物分布的裂纹，冲模在使用过程中裂纹进一步扩展，造成冲模开裂。 3、冲模机械加工的影响 冲模的型腔部分或冲头的圆角部分，在机械加工中常常因进刀太深而留下刀痕，造成应力集中，淬火时相应部位的裂纹进一步扩展，导致冲模开裂。电加工时，冲模被加热到高温度，使组织发生变化，即电加工异常层受到交变应力的反复作用，微裂纹变成大裂纹，导致冲模开裂而报废。研磨加工会导致研削表面过热，或引起表面软化，硬度降低，使冲模在使用中因磨损严重，或由于热应力而产生磨削裂纹，最后导致冲模早期失效。 4、冲模热处理规范的影响 冲模在机械加工后都应进行淬火、回火等热处理。加热温度的高低、时间的长短、冷却速度的大小、保护气氛等工艺参数选择不当都会影响冲模的耐用度。模具钢中含有较多的炭和较多的合金元素，导热性差，加热的速度不能太快。 当发生氧化时，冲模表面易划伤，尺寸变小，使用易产生早期疲劳裂纹，当造成脱碳时，表面硬度显著降低，造成早期磨损；淬火温度过高，易造成晶粒长大，使钢呈现出脆性，因而冲模的使用中常常出现裂纹、崩刀、折断等事故，相反，淬火温度过低，钢的抗压强度也低，冲头易出现鼓行而失效。对于不同的冲模材料，应根据所要求的组织形态，选用不同的冷却速度，对于高合金钢，由于含有较多的合金元素，淬火性较低，可以采用油冷、空冷，甚至等温淬火、分级淬火等工艺。冲模表面的强化处理也是提高冲模使用寿命的一个很重要途径，氮化、渗硼、渗碳以及镀铬等都具有一定的效果，当强化工艺控制不严格或强化方法选择不当时，就不可能获得预期效果，反而导致冲模的早期失效。 5、各种操作条件 如锻打温度、润滑剂及润滑方法、冷却速度、补焊、预热温度及设备情况等都对冲模的耐用度有很大影响。 必须严格控制，正确使用，才能发挥冲模材料的性能而获得较高的