H13钢压铸模具简介.doc

河北德昊管道制造有限公司 中文摘要： 着重引见H13钢的化学成分及低Si高M0的改良偏向，还阐述了压铸模具的外表PVD改性。要害词：压铸模具，热处置， 外表改性，物理气相堆积1. 压铸模具和H13国内有色金属压铸模具遍及采用H13热作模具钢。所谓热作模具是指对加热至再结晶温度以上的金属或合金进行塑性变形的和对液态的有色金属压制成型制造零部件的模具。作为有色金属的压铸模具用钢普通应具有下述前提：（1）具有较高的淬透性，热处置时可采用冷却强度较小的介质和具有较小的热处置变形；（2）具有高的抗热裂性和耐热委靡抗力，使模具禁受激冷激热不易构成裂纹以及构成的裂纹不易扩展，防止模具掉效；（3）具有高的抗热软化才能和抗高温磨损才能，使模具坚持必然的高温强度和尺寸不变性；（4）具有高的抗液态金属的粘焊 （soldering）和化学冲蚀毁伤，国内以熔化液态金属的熔损来表征。要到达这些兼具高温强度和高韧度要求，又有较高的高温硬度和抗磨损才能，首要由钢的化学成分决议，普通采用中碳含量（0.350.45）和含Cr、W、M0和V等合金元素,合金元素总量在625%局限。在美国，热作模具钢分为三种：铬热作模具钢、钨热作模具钢和钼热作模具钢，悉数以H定名。辨别为H10H19,H21H26,和H42、H431。用于Al合金压铸模的钢种，当前很遍及采用H13钢，它属于第一种。国内钢号为4Cr5M0SiVl。以前国内采用较多的3Cr2W8V钢的热委靡性和韧度显得缺乏。H13钢的含碳量在0.5以下。美国AISI H13,UNS T20813, ASTMA681(最新版)的H13钢和FED QQ-T-570的H13的含碳量都规则为（0.320.45）, 是一切H13钢中含碳量局限最宽的。我国GB/T1299和YB/T094中4Cr5M0SiV1和SM4Cr5M0SiV1钢号的含碳量为（0.320.42）和（0.320.45）。德国DIN17350 X40CrM0V5-1和WNr1. 2344钢的含碳量为（0.370.43），含碳局限较窄2。北美压铸协会规范NADCA 207-90中对中高级H13钢的含碳量规则为（0.370.42）。铬和其他碳化物构成元素一同供应给钢具有较高的淬透性亲睦的抗软化才能，所以该钢在空冷前提下可以淬硬。在6 barN2气体真空处置前提下可淬透直径为160mm3。但铬的参加会添加碳化物的不平均水平，致使钢中会呈现亚不变的共晶碳化物，这种碳化物目前国内普通可用高碳铬轴承钢相关规范予以评定4。铬含量的进步有利于添加资料的热强度，但对韧度晦气。资料中添加钼和钨，有人提出5，（1/2W+M0）的量至1以上时，会使资料500以长进行回火时仍取得较高硬度，并具有二次硬化才能。H13钢的二次硬化才能不很分明，可拜见材料1。进步V的含量，如V的量由0.4（SKD6,相当于H11）进步至1%，使H13钢（SKD61）的热强度和热不变性进步了，还V也添加水冲刷抗力，实践上是进步水浸腐蚀磨损抗力（erosive wear）1。别的，钢中参加W、M0、V、Nb等构成M6C和MC型碳化物的元素，能对奥氏体晶粒细化，也使溶入奥氏体后在回火进程中发生二次硬化结果。对Cr的参加构成的碳化物为M23C6型，其在1100奥氏体化时根本上消融完了，（悉数溶入奥氏体的温度是1160），这将决议H13钢的最佳奥氏体化温度处于10201080局限内6。含Cr热作模具钢的含Si量都在0.801.20，只要H19钢含Si量为0.200.50。钢中添加Si的量除了固溶强化影响外，它能改良钢的高温抗氧化才能，直至800（1475）。但Si有损于韧度进步。目前H13钢的开展正在向低Si高M0的第二阶段进行，（开展第一阶段是进步H13钢的材质和热处置程度）。人们已逐步看法到低Si的结果首要有：减轻资料的偏析，改善微观组织平均水平；削减凝结时液/固界面上成分过冷，改善结晶的微观组织和奥氏体晶粒细化；进步钢的韧度以及抗热裂才能和减低高温委靡裂纹扩展速度以及高温蠕变裂纹扩展速度；延缓钢的贝氏体改变。还添加M0的量至3左右，日本低Si高M0的SKD61的成分局限为：C（0.300.40）、Si（0.050.30）、Cr（4.95.5%）、M0（2.03.5）和V（0.501.20）。响应低Si高M0的德国钢号为1.2367，其成分为C 0.40， Si 0.40，Cr 4.95， M03.0和V0.9。 M0的量进步至3.0，则使钢的淬透性进步，避免奥氏体晶界碳化物的析出和延缓贝氏体改变；进步回火抗力和韧度；进步高温强度和高温蠕变强度；进步抗热裂才能。关于延缓贝氏体改变，有材料报导：对610203500mm的H13模块经3 bar（约3atm）气淬后心部和外表的贝氏体量达70和40%， 而对低Si高M0SKD61钢响应仅有2和1%7。这对模具运用寿命进步非常有利。我国的一种新型热作模具钢3Cr3M03VNb的M0量也为3%（局限为2.703.20），Si的量为0.60， 其功能优秀的一个缘由也应归罪于低的Si高M0的。2.H13钢的外表改性压铸模具的运用寿命决议于良多要素：模具设计的合理性，模具资料选择准确性，模具机械加工和热处置工艺的合理准确制定，当然还应触及模具的运用前提和维护。个中模具资料的质量和热处置是相当主要的要害要素。热处置应包罗全体工件的热处置和工件的外表改性。相关的规范首要有北美压铸协会规范、法国汽车工业会、德国钢铁协会、资料协会和压铸协会的规范，还有通用汽车、福特汽车的引荐规范等。对H13钢全体热处置和检测非常主要，我们将尚有专论。H13钢锻模和铝合金压铸模的外表改性当前首要在以下两个方面：（1）铁素体氮碳共渗和硫氮碳共渗技能和（2）PVD涂层技能。国表里在这两方面进行的研讨论文有了宣布， 但详细工业使用报导不多。专门从事资料外表改性技能的法国HEF集团在一些国际性会议上以论文方式报导了H13钢外表改性工业使用的实例，还艾福外表处置技能（上海）有限公司（HEF Shanghai）连系舍福外表处置技能有限公司（TS Shanghai）的理论汇同国外的相关文献（尤其是NADCA的专家和Case Western Reserve 大学传授的任务）作必然描绘。国内遍及以为， 热委靡发作龟裂毁伤和热磨损是热作模具掉效的两大首要缘由。这方面，国外的相关文献叙说得非常明白：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）和化学冲蚀毁伤。2)磨损和侵蚀。3)热委靡开裂。个中1)是最主要的掉效机制。他们提出采用铁素体氮碳共渗和离子氮化能明显进步东西钢的模具寿命。国内有关铝熔损的实验指出，当模具资料硬度为45HRC时，未外表处置的铝熔损率高达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处置时，熔损率更分明降低至0.10。由此可见H13钢的外表改性的结果非常分明。处理H13钢外表改性问题的最佳路子是在模具资料外表涂覆硬膜，使其不被铝合金熔液润湿，还涂覆的硬膜也付与模具资料外表的侵蚀磨损抗力。HEF集团对汽车转向操作系统的铝合金工件压铸成型模具中的挺杆（38CDV5，相当于H13钢）外表堆积3m厚的CERTESS SD 涂层，其硬度可达40004500HV，运用温度可达800，还可抗铝合金的黏结，运用寿命进步至10万次，是未进行堆积处置挺杆的67倍。对若何取得这种不被液态金属润湿的硬质膜， Colorado School of Mines(CSM)的D.Zhong和J.J.Moore等8提出多层优化涂膜的构造是：先对H13模具基体进行外表改性，如采用铁素体氮碳共渗或离子渗氮；50100nm的连系中心层（adhesion interlayer）如Ti或Cr；调整基材和涂层之间因为压铸功课惹起的热剩余应力的中心过度层（intermediate graded layer），这可使用有限元模仿办法确定，他们举例以为，这取决于所选的任务硬化层，当任务层选用Al2O3层时，这中心过渡层为TiAlN梯度层；任务涂层，与液态金属或玻璃不相润湿（non wetting）， 对Al合金压铸，可采用CrN，TiAlN，TiCB和Al2O3等。响应多层构造膜总厚在58m之间。在模具工件上经过PVD技能取得优异质量的涂层， 应该依靠于高功能的设备和能优化选择的工艺参数。这种设备最好具有下述技能要求：涂覆处置温度低；绕涂性好；涂层堆积平均；采用加强离化率技能；准确的涂层成分节制；必然的堆积速度；能进行多层复合涂；能获得纳米构造的涂层；具有PVD和CVD的任务形式；能边涂覆边刻蚀，取得最佳的涂层质量。法国HEF集团开展并使用等离子体加强磁控溅射（PEMSTM）技能对涂层的堆积进程进行准确的节制。使用PEMSTM技能可以到达涂层最高理论密度。HEF集团真空涂层设备和技能因而活着界上处于抢先位置。归纳综合地说，HEF的设备和技能的首要优势在于：1) 可以自力地对离子的流量和能量进行节制，然后获得最高密度和功能的涂层；2) 采用共同的OES系统对等离子体波出息行测量，完成涂层成分的准确节制；3) 取得的一切硬质涂层都具有纳米级（20nm）构造；4) 低电压、高真空度情况下平均的轰击，可以极大地削弱尖角效应；5) 在抽真空的还进行加热，充沛敏捷地去除水分，取得优质、高效的堆积结果；6) 最低处置温度可到达80，可用于对简直一切资料，包罗铝合金和聚合物资料进行涂层加工；7) 一台设备还拥有PVD和PACVD加工形式，给客户的技能晋级以充沛的支撑。法国HEF集团经过艾福外表处置技能（上海）有限公司已在上海舍福外表处置技能有限公司（上海松江）投资引入两种系列的PVD/PACVD设备，目前能涂覆的硬膜涂层首要有CrN、CrxNY、TiN、TiBN、TiCN、TiALN和类金刚石DLC膜，他们对PVD涂膜前的H13钢基材等的外表改性采用液体硫氮碳共渗或液体氮碳共渗也具有光鲜特征，称作为Sursulf/Arcor（舍舍夫/阿可）技能或Tufftride/ Tenifer（由其