H13热作模具钢及铝合金压铸模表面改性技术的三种机制
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作者:13963813331
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发布时间: 2020-07-03
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H13热作模具钢及铝合金压铸模表面改性技术的三种机制
H13热作模具钢及铝合金压铸模表面改性技术的三种机制
国内工业界普遍认为热疲劳是热加工模具失效的两个主要原因。在这方面，国外相关文献明确指出，模具损坏和限制模具寿命增加的三种机制是:
1)液态金属铝的焊接和化学腐蚀损伤。
2)磨损和腐蚀。
3)热疲劳开裂。1)是最重要的失效机制。他们提出铁素体氮碳共渗和离子渗氮可以显著提高工具钢的模具寿命。国内铝损失试验表明，当模具材料硬度为45HRC时，未处理铝的损失率高达54.90%，采用盐浴氮碳共渗时，损失率仅为0.10%，采用盐浴氮碳共渗(软氮化)并添加PVD处理时，损失率明显降低至0.10%。可以看出H13钢的表面改性效果非常明显。
H13的特点及发展方向
①H13钢是世界上广泛使用的热作模具钢，具有高淬透性和抗热裂性。许多场合用于制造铝合金压铸模具。
②H13钢的国内牌号为4Cr5MoSiVl，目前正朝着低硅高钼方向发展。
③H13钢的表面改性主要包括铁素体氮碳共渗或硫氮碳共渗以及物理气相沉积硬质膜等。更好的方法是合理地组合这些方法。
目前，热作模具钢H13和铝合金压铸模的表面改性主要有以下两个方面:
(1)铁素体氮碳共渗和硫氮碳共渗技术和(2)PVD涂层技术。国内外已经发表了这两方面的研究论文，但关于具体工业应用的报道很少。专门研究材料表面改性技术的法国HEF集团在一些国际会议上以论文的形式报道了H13钢表面改性的工业应用实例。同时，HEF上海结合上海交通大学的实践，对国外相关文献(尤其是NADCA专家和凯斯西储大学教授的工作)进行了描述。
解决H13钢表面改性问题的最佳方法是在模具材料表面涂覆硬质膜，使其不被铝合金熔体润湿，并且涂覆的硬质膜还赋予模具材料表面耐腐蚀性和耐磨性。HEF集团在汽车转向操纵系统铝合金工件压铸模具的挺杆(38CDV5，相当于H13钢)表面沉积了一层3μm厚的CERTESS SD涂层，硬度为0 ~ 4500 HV，使用温度为800℃，能抵抗铝合金的粘附，使用寿命提高到10万倍，是未经沉积处理的挺杆的6~7倍。
关于如何获得这种不被液态金属润湿的硬质膜，科罗拉多矿业学院的钟和摩尔提出了多层优化涂膜的结构如下:
(1)首先对H13模具基体进行表面改性，如铁素体氮碳共渗或离子渗氮；
②钛或铬等50 ~ 100纳米粘附夹层；
③调整压铸操作引起的基体与涂层之间热残余应力的中间梯度层，这可以通过有限元模拟方法来确定。例如，他们认为这取决于所选的加工硬化层。当工作层为Al2O3层时，中间梯度层为ti-al-n梯度层；
④工作涂层不被液态金属或玻璃润湿。CrN、TiAlN、TiCB和Al2O3可用于铝合金的压铸。相应的多层结构膜的总厚度在5和8 μ m之间
通过PVD技术在模具工件上获得高质量的涂层应该依赖于高性能的设备和优化的工艺参数。该设备优选具有以下技术要求:
(1)涂层处理温度低；
②涂层性能好；
③涂层沉积均匀；
④采用增强电离率技术；
⑤精确的涂料成分控制；
⑥一定的沉积速率；
⑦可进行多层复合涂层；
⑧可获得纳米结构涂层；
⑨以PVD和化学气相沉积工作模式；
⑩可边涂边蚀刻，以获得最佳涂层质量。
