來源：壓鑄模具工藝 分類：壓鑄模具工藝

       金屬壓鑄具有生產(chǎn)效率高、節(jié)省原材料、降低生產(chǎn)成本、產(chǎn)品性能好和精度高等特點(diǎn)，在生產(chǎn)上得到廣泛應(yīng)用。

      壓鑄模具的工作表面，直接與液態(tài)金屬接觸，承受高壓、高速流動的液態(tài)金屬的沖蝕和加熱，在工件脫模以后，又受到急速冷卻，因此，熱疲勞開裂、熱磨損和熱熔蝕是壓鑄模具常見的失效形式，所以，要求壓鑄模具有耐冷熱疲勞性能、高溫下的強(qiáng)度和韌性、耐液態(tài)金屬沖蝕性能、較高的耐熱性和高的導(dǎo)熱性、良好的抗氧化性能和高的淬透性及耐磨性等。

      熱處理是提高壓鑄模具使用壽命的重要環(huán)節(jié)。調(diào)查表明：因熱處理工藝或操作不當(dāng)而導(dǎo)致模具斷裂失效占失效總數(shù)的60％左右。因此，在壓鑄模具生產(chǎn)中，需要進(jìn)行正確的熱處理工藝操作。
 

一、壓鑄模具的制造工藝路線

1.一般壓鑄模

    鍛造—球化退火—機(jī)械粗加工—穩(wěn)定化處理—精加工成形—淬火及回火—鉗工裝配。
 

2.形狀復(fù)雜、精度要求高的壓鑄模

    鍛造—球化退火（或調(diào)質(zhì)處理）—粗加工—調(diào)質(zhì)—電加工或精加工成形—鉗工修磨—滲氮（或氮碳共滲）—研磨拋光。
 

二、壓鑄模具常規(guī)熱處理工藝

       熱處理工藝在壓鑄模具制造中應(yīng)用極為廣泛，它能提高模具零件的使用性能，延長模具使用壽命。此外，熱處理還可以改善壓鑄模具的加工工藝性能，提高加工質(zhì)量，減少刀具磨損，因此，在模具制造中占有十分重要的地位。

       壓鑄模具主要用鋼來制造，其制造工序中的常規(guī)熱處理為：球化退火、穩(wěn)定化處理、調(diào)質(zhì)和淬、回火。通過這些熱處理工藝對鋼的組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變，使壓鑄模具獲得所需要的組織和性能。
 

1.預(yù)先處理

    鍛壓后的壓鑄模模坯，必須采用球化退火或調(diào)質(zhì)熱處理，一方面消除應(yīng)力降低硬度，便于切削加工，同時為最終熱處理做好組織準(zhǔn)備。退火后，可獲得均勻的組織和彌散分布的碳化物，以改善模具鋼的強(qiáng)韌性。由于調(diào)質(zhì)處理的效果優(yōu)于球化退火，所以，強(qiáng)韌性要求高的模具，常常以調(diào)質(zhì)代替球化退火。
 

2.穩(wěn)定化處理

    壓鑄模一般來說型腔比較復(fù)雜，在粗加工時會產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，在淬火時會產(chǎn)生變形。為了消除應(yīng)力，一般在粗加工后應(yīng)進(jìn)行去應(yīng)力退火，即穩(wěn)定化處理。

     其工藝為：加熱溫度650℃-680℃，保溫2-4h后出爐空冷。形狀較復(fù)雜的壓鑄模需爐冷至400℃以下出爐空冷。模具淬火回火后進(jìn)行電火花加工，加工表面會產(chǎn)生變質(zhì)層，易引起線切割裂紋，也應(yīng)進(jìn)行較低溫度的去應(yīng)力退火。
 

3.淬火預(yù)熱

      壓鑄模用鋼多為高合金鋼，因其導(dǎo)熱性差，在淬火加熱時必須緩慢進(jìn)行，常采取預(yù)熱措施。對于防變形要求不高的模具，在不產(chǎn)生開裂的情況下，預(yù)熱次數(shù)可以少些，但防變形要求高的模具，必須多次預(yù)熱。較低溫度（400℃-650℃）的預(yù)熱，一般在空氣爐中進(jìn)行；較高溫度的預(yù)熱，應(yīng)采用鹽浴爐，預(yù)熱時間仍按1 min/mm計(jì)。
 

4.淬火加熱

    對于典型壓鑄模用鋼來說，高的淬火加熱溫度有利于提高熱穩(wěn)定性和抗軟化的能力，減輕熱疲勞傾向，但會引起晶粒長大和晶界形成碳化物，使韌性和塑性下降，導(dǎo)致嚴(yán)重開裂。因此，壓鑄模要求有較高韌性時，往往采用低溫淬火，而要求具有較高的高溫強(qiáng)度時，則采用較高溫度淬火。
 

    為了獲得良好的高溫性能，保證碳化物能充分地溶解，得到成分均勻的奧氏體，壓鑄模的淬火保溫時間都比較長，一般在鹽浴爐中加熱保溫系數(shù)取0.8-1.0 min/mm。
 

5.淬火冷卻

    對于形狀簡單、防變形要求不高的壓鑄模采用油冷；而形狀復(fù)雜、防變形要求高的壓鑄模采用分級淬火。為了防止變形和開裂，無論采用什么冷卻方式，都不允許冷至室溫，一般應(yīng)冷到150℃-180℃、均熱一定時間后立即回火，均熱時間可按0.6 min/mm計(jì)算。
 

6.回火

    壓鑄模必須充分回火，一般回火三次。第一次回火溫度選在二次硬化的溫度范圍；第二次回火溫度的選擇要使模具達(dá)到所要求的硬度；第三次回火要低于第二次l0℃-20℃?；鼗鸷缶捎糜屠浠蚩绽?，回火時間不少于2 h。
 

三、壓鑄模具表面強(qiáng)化處理工藝

常規(guī)的總體淬火已很難滿足壓鑄模具高的表面耐磨性和基體的強(qiáng)韌性要求。

      表面強(qiáng)化處理不僅能提高壓鑄模具表面的耐磨性及其他性能，而且能使基體保持足夠的強(qiáng)韌性，同時防止熔融金屬粘模、浸蝕，這對改善壓鑄模具的綜合性能，節(jié)約合金元素，大幅度降低成本，充分發(fā)揮材料的潛力，以及更好地利用新材料，都是十分有效的。

      生產(chǎn)實(shí)踐表明，表面強(qiáng)化處理是提高壓鑄模具質(zhì)量和延長模具使用壽命的重要措施。壓鑄模具常采用的表面強(qiáng)化處理工藝有：滲碳、滲氮、氮碳共滲、滲硼、滲鉻和滲鋁等。
 

1.滲碳

    滲碳是目前機(jī)械工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種化學(xué)熱處理方法。其工藝特點(diǎn)是：將中低高碳的低合金模具鋼和中高碳的高合金鋼模具在增碳的活性介質(zhì)（滲碳劑）中，加熱到900℃-930℃，使碳原子滲入模具表面層，繼之以淬火并低溫回火，使模具的表層和心部具有不同的成分、組織和性能。

    滲碳又分為固體滲碳、液體滲碳和氣體滲碳。近期又發(fā)展到可控氣氛滲碳、真空滲碳和苯離子滲碳等。

　滲碳工藝應(yīng)用于冷、熱作和塑料模具表面強(qiáng)化中，都能提高模具壽命。如3Cr2W8V鋼制的壓鑄模具，先滲碳、再經(jīng)1140～1150℃淬火，550℃回火兩次，表面硬度可達(dá)HRC56～61,使壓鑄有色金屬及其合金的模具壽命提高1.8～3.0倍。進(jìn)行滲碳處理時，主要的工藝方法有固體粉末滲碳、氣體滲碳、以及真空滲碳、離子滲碳和在滲碳?xì)夥罩屑尤氲匦纬傻奶嫉矟B等。其中，真空滲碳和離子滲碳則是近20年來發(fā)展起來的技術(shù)，該技術(shù)具有滲速快、滲層均勻、碳濃度梯度平緩以及工件變形小等特點(diǎn)，將會在模具表面尤其是精密模具表面處理中發(fā)揮越來越重要的作用。

 

2.滲氮

   將氮滲入鋼表面的過程稱為鋼的氮化。氮化能使模具零件獲得比滲碳更高的表面硬度、耐磨性能、疲勞性能、紅硬性和耐蝕性能。因?yàn)榈瘻囟容^低（500-570℃），氮化后模具零件變形較小。

    滲氮方法有固體滲氮、液體滲氮和氣體滲氮。目前，正在廣泛應(yīng)用離子滲氮、真空滲氮、電解催滲滲氮和高頻滲氮等新技術(shù)，縮短了滲氮時間，并可獲得高質(zhì)量的滲氮層。
 

3.氮碳共滲

    氮碳共滲是在含有活性碳、氮原子的介質(zhì)中同時滲入氮和碳，并以滲氮為主的低溫氮碳共滲工藝（530℃-580℃）。氮碳共滲的滲層脆性小，共滲時間比滲氮時間大為縮短。壓鑄模經(jīng)氮碳共滲后，可顯著提高其熱疲勞性能。

    惡劣的工作條件，要求壓鑄模具有良好的高溫力學(xué)性能、耐冷熱疲勞性能、耐液態(tài)金屬沖蝕性能、抗氧化性能和高的淬透性及耐磨性等，熱處理是決定這些性能的主要制造工藝。
 

4.氮碳共滲

    氮碳共滲是在含有活性碳、氮原子的介質(zhì)中同時滲入氮和碳，并以滲氮為主的低溫氮碳共滲工藝（530℃-580℃）。氮碳共滲的滲層脆性小，共滲時間比滲氮時間大為縮短。壓鑄模經(jīng)氮碳共滲后，可顯著提高其熱疲勞性能。

    惡劣的工作條件，要求壓鑄模具有良好的高溫力學(xué)性能、耐冷熱疲勞性能、耐液態(tài)金屬沖蝕性能、抗氧化性能和高的淬透性及耐磨性等，熱處理是決定這些性能的主要制造工藝。

     壓鑄模具的熱處理，就是通過對鋼的組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變，使模具表面獲得很高的硬度及耐磨性，而心部仍具有足夠的強(qiáng)度和韌性，同時有效防止熔融金屬粘模、浸蝕。選用恰當(dāng)?shù)臒崽幚砉に嚕蓽p少廢品和顯著提高模具使用壽命。

     隨著我國汽車摩托車工業(yè)的迅速發(fā)展，壓鑄行業(yè)迎來了發(fā)展的新時期。同時，也對壓鑄模具的綜合力學(xué)性能、壽命等提出了更高的要求。要滿足不斷提高的使用性能需求僅僅依靠新型模具材料的應(yīng)用仍然很難滿足用戶的需求，必須將各種表面處理技術(shù)應(yīng)用到壓鑄模具的表面處理當(dāng)中才能達(dá)到對壓鑄模具高效率、高精度和高壽命的要求。在各種模具中，壓鑄模具的工作條件是較為苛刻的。壓力鑄造是使熔融金屬在高壓、高速下充滿模具型腔而壓鑄成型，在工作過程中反復(fù)與熾熱金屬接觸，因此要求壓鑄模具有較高的耐熱疲勞、導(dǎo)熱性耐磨性、耐蝕性、沖擊韌性、紅硬性、良好的脫模性等,各種壓鑄模具表面處理新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。

 由于壓鑄模具的材料多種多樣，同樣的表面處理技術(shù)和工藝應(yīng)用在不同的材料上也會產(chǎn)生不同的效果。史可夫提出針對模具基材和表面處理技術(shù)的基材預(yù)處理技術(shù)，在傳統(tǒng)工藝的基礎(chǔ)上，對不同的模具材料提出適合的加工工藝，從而改善模具性能，提高模具壽命。熱處理技術(shù)改進(jìn)的另一個發(fā)展方向，是將傳統(tǒng)的熱處理工藝與先進(jìn)的表面處理工藝相結(jié)合，提高壓鑄模具的使用壽命。如將化學(xué)熱處理的方法碳氮共滲，與常規(guī)淬火、回火工藝相結(jié)合的NQN（即碳氮共滲-淬火-碳氮共滲）復(fù)合強(qiáng)化，不但得到較高的表面硬度，而且有效硬化層深度增加、滲層硬度梯度分布合理、回火穩(wěn)定性和耐蝕性提高，從而使得壓鑄模具在獲得良好心部性能的同時，表面質(zhì)量和性能大幅提高。

壓鑄模具的表面處理技術(shù)要求較高，近年來各種壓鑄模具表面處理新技術(shù)不斷涌現(xiàn)

表面改進(jìn)技術(shù)

一、表面熱擴(kuò)滲技術(shù)

表面熱擴(kuò)散技術(shù)這一類型中包括有滲碳、滲氮、滲硼以及碳氮共滲、硫碳氮共滲等。

1、 滲碳和碳氮共滲

滲碳工藝應(yīng)用于冷、熱作和塑料模具表面強(qiáng)化中，都能提高模具壽命。進(jìn)行滲碳處理時，主要的工藝方法有固體粉末滲碳、氣體滲碳、以及真空滲碳、離子滲碳和在滲碳?xì)夥罩屑尤氲匦纬傻奶嫉矟B等。

其中，真空滲碳和離子滲碳則是近20年來發(fā)展起來的技術(shù)，該技術(shù)具有滲速快、滲層均勻、碳濃度梯度平緩以及工件變形小等特點(diǎn)，將會在模具表面尤其是精密模具表面處理中發(fā)揮越來越重要的作用。

2、滲氮及有關(guān)的低溫?zé)釘U(kuò)滲技術(shù)

這一類型中包括滲氮、離子滲氮、碳氮共滲、氧氮共滲、硫氮共滲以及硫碳氮、氧氮硫三元共滲等方法。

這些方法處理工藝簡便、適應(yīng)性強(qiáng)、擴(kuò)滲溫度較低（一般為480～600℃）、工件變形小，尤其適應(yīng)精密模具的表面強(qiáng)化，而且氮化層硬度高、耐磨性好，有較好的抗粘模性能。

3、滲硼

由于滲硼層的高硬度（FeB：HV1800～2300、Fe2B：HV1300～1500）、耐磨性和紅硬性，以及一定的耐蝕性和抗粘著性，滲硼技術(shù)在模具工業(yè)中獲得較好的應(yīng)用效果。

但因壓鑄模具工作條件十分苛刻，故滲硼工藝較少應(yīng)用于壓鑄模具表面處理中，但近年來，出現(xiàn)了改進(jìn)的滲硼方法，解決了上述問題，而得以應(yīng)用于壓鑄模具的表面處理。

如多元、涂劑粉末滲等。涂劑粉末滲硼的方法是將硼化合物和其他滲劑混合后涂覆在壓鑄模具表面，待液體揮發(fā)后，再按照一般粉末滲硼的方法裝箱密封，920℃加熱并保溫8h，隨之空冷。

這種方法可以獲得致密、均勻的滲層，模具表面滲層硬度、耐磨性和彎曲強(qiáng)度都得到提高，模具使用壽命平均提高2倍以上。

4、稀土表面強(qiáng)化

近年來，在模具表面強(qiáng)化中采用加入稀土元素的方法得到廣泛推崇。這是因?yàn)橄⊥猎鼐哂刑岣邼B速、強(qiáng)化表面及凈化表面等多種功能耐磨焊條，它對改善模具表面組織結(jié)構(gòu)，表面物理、化學(xué)及力學(xué)性能均有極大地影響，可提高滲速、強(qiáng)化表面、生成稀土化合物。

同時可消除分布在晶界上微量雜質(zhì)的有害作用，起著強(qiáng)化和穩(wěn)定模具型腔表面晶界的作用。另外，稀土元素與鋼中的有害元素發(fā)生作用，生成高熔點(diǎn)化合物，又可抑制這些有害元素在晶界上偏聚，從而降低深層的脆性等。

在壓鑄模具表面強(qiáng)化處理工藝中加入稀土元素成分，能夠明顯提高各種滲入法的滲層厚度、提高表面硬度，同時使得滲層組織細(xì)小彌散、硬度梯度下降，從而使得模具的耐磨性、抗冷、熱疲勞性能等顯著提高，從而大幅度提高模具壽命。

目前應(yīng)用于壓鑄模具型腔表面的處理方法有：稀土碳共滲、稀土碳氮共滲、稀土硼共滲、稀土硼鋁共滲、稀土軟氮化、稀土硫氮碳共滲等。

激光表面處理

激光表面處理是使用激光束進(jìn)行加熱，使工件表面迅速熔化一定深度的薄層，同時采用真空蒸鍍、電鍍、離子注入等方法把合金元素涂覆于工件表面，在激光照射下使其與基體金屬充分融合，冷凝后在模具表面獲得厚度為10～1000μm具有特殊性能的合金層，冷卻速度相當(dāng)于激冷淬火。

如在H13鋼表面采用激光快速熔融工藝進(jìn)行處理，熔區(qū)具有較高的硬度和良好的熱穩(wěn)定性，抗塑性變形能力高，對疲勞裂紋的萌生和擴(kuò)展有明顯的抑制作用。

涂鍍技術(shù)

涂鍍技術(shù)作為模具強(qiáng)化技術(shù)的一種，主要應(yīng)用在塑料模、玻璃模、橡膠模、沖壓模等工作環(huán)境相對簡單的模具表面處理。壓鑄模具需要承受冷熱應(yīng)力交替的苛刻環(huán)境，所以一般不使用涂鍍技術(shù)來強(qiáng)化壓鑄模具表面。

但近年來，有報道采用化學(xué)復(fù)合鍍的方法強(qiáng)化壓鑄模具表面，以提高模具表面抗粘著性、脫模性。該方法在鋁基壓鑄模具上將聚四氟乙烯微粒浸潤后進(jìn)行（NiP）－聚四氟乙烯復(fù)合鍍。

實(shí)驗(yàn)證明，此方法在工藝上和性能上均為可行，大大降低了模具表面的摩擦系數(shù)。

模具壓力加工是機(jī)械制造的重要組成部分，而模具的水平、質(zhì)量和壽命則與模具表面強(qiáng)化技術(shù)休戚相關(guān)。鑒于表面處理是提高壓鑄模具壽命的重要手段之一，因此要提高我國壓鑄模具生產(chǎn)整體水平，表面處理技術(shù)將起著舉足輕重的作用。