影響鋁材擠壓模具質(zhì)量與機能 的五年夜 緣由 及對策

敘言

鋁型材擠壓用熱作模具鋼為4Cr5MoSiV1，JIS（日本尺度 ）稱SKD61，AISI（美國尺度 ）稱H13。該鋼種具有精良的熱強性、紅硬性、較高的韌性和抗熱疲憊 機能 。在熱擠壓進程 中其溫度可達600℃，工作前提 卑劣 ，主要的失效情勢 為熱磨損和熱疲憊 。擠型廠的臨盆 效力 、本錢 節(jié)制 與模具機能 緊密親密相干 。在全部 模具綜合治理 系統(tǒng)中，每 個環(huán)節(jié)城市影響模具機能 。

1、 模具鋼材質(zhì)量

Quality of die steel

模具鋼材質(zhì)量是擠壓模具機能 的根基 保障。由于 ，不管 后續(xù)的處置和操作再好，都沒法 從底子上改變模擠壓模具的綜合機能 。辨別 優(yōu)良 和劣質(zhì)鋼材的主要 根據(jù) 是顯微組織的平均 性，它決意 了鋼的冶金質(zhì)量。顯微組織不平均 、晶粒粗年夜 （如碳化物和硫化物偏析等），經(jīng)常 會造成模具過早失效。

圖1所示為某些模具鋼材檢測后果。與優(yōu)良 鋼材比擬 ，劣質(zhì)鋼材退火態(tài)組織中碳化物散布 不均、呈帶狀（圖1a），并含有對照 年夜 化合物。這些化合物經(jīng)熱處置后仍不克不及 完全被消弭 （圖1c、1d箭頭所示）。若這些硬脆化合物存在于模具外觀，將使氮化處置后的外觀氮化層不一連 （圖1e），成為微裂紋的發(fā)源 ，終究 致使 氮化層剝落。

2、 模具熱處置

Heat treatment of dies

熱處置的目標 是使模具的耐磨損性和韌性到達 最好 合營 ，而耐磨損性要求硬度高，韌性則要求硬度低。是以 ，必需 接納 辦法 ，確保這些彼此矛盾的機能 不會明明提高，以避免 侵害另外一 個機能 。影響熱處置質(zhì)量的主要身分 有加熱速度、淬火溫度、冷卻速度和回火溫度等。在熱處置時代 ，溫度節(jié)制 不妥和回護氛圍 缺失，模具會過熱，構(gòu)成 粗晶，外觀發(fā)生分歧 水平 的脫碳。準確 的熱處置除 要確保溫度丈量 、節(jié)制 準確之外 ，還需要采取 回護氛圍 來連結(jié) 外觀的完全 性。另外 ，熱處置不妥可能引發(fā) 具有殘存 應(yīng)力的外觀脫碳。假如 不采取 機械完全去失落 ，在隨后的氮化中，脫碳層將促使裂紋在外觀任何可能的缺點 處萌發(fā) 。

圖2所示為模具熱處置后外觀組織。從中可知，鋼材外觀無明明脫碳和氧化（圖2a）?；w為針狀馬氏體+少許 殘存 奧氏體+殘剩 碳化物，申明 熱處置其實不 完全 。這些殘剩 碳化物將有可能使外觀的氮化質(zhì)量惡化。另外 ，另外一 項關(guān)于熱處置殘留表層對模具氮化機能 影響的實行 中，也得出如許 的結(jié)論。

3、 模具加工

Die manufacture

在模具制造進程 中，模具的一些外觀（如工作帶外觀等）會進行線切割、電火花（EDM）成型加工。若操作不妥（如速度 過年夜 ），將發(fā)生 一層出缺 點 的重鑄金屬。這一層組織由粗拙 的、不劃定規(guī)矩 的未回火馬氏體（圖3b）組成 ，厚度年夜 約為30μm。這層組織的點陣嚴重畸變，具有明明的拉應(yīng)力。乃至 氮化處置后獲得 的氮化層松散 、脈狀組織明明（圖3c）。

4、 模具氮化

Die nitridation

在氮化處置中，模具外觀接收 氮原子構(gòu)成 硬且耐磨損的化合物層，平日 稱為白亮層。它是由Fe2-3N（ε相）和Fe4N（γ`相）鐵氮化合物中的一種或連系 組成。而Cr、Mo和V等合金化元素與氮回響反映 構(gòu)成 所謂的分散層。分散層位于化合物層下方（圖4），是基體母相中合金化元素氮化物析出的后果。

朗誦

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氮化的目標 是在工件外觀構(gòu)成 必然 深度、具有強韌性、耐熱性和耐磨損機能 的強化層，其與基體具有高的連系 強度和鄰近 的膨脹系數(shù)。

圖5、圖6、圖7所示為3種氮化工藝處置的鋼材試樣組織。可以看出，鹽浴氮化試樣白層和氮化層總厚度值年夜 ，最表層（白亮層）松散 易剝落，而且角部效應(yīng)和脈狀組織都很嚴重。而氣體硬氮化處置后的氮化層無脈狀組織，白層的厚度也在0~3μm。滲硫氮化試樣滲層不明明。

隨后對采取 以上分歧 氮化工藝處置的模具進行臨盆 跟蹤。由圖8可以看到，鹽浴氮化模具在擠壓12個鋁棒后，進料端面發(fā)生明明的脫皮。而氣體硬氮化和滲硫氮化模具外觀無明明的脫皮。

在對另外一 款報廢模具的芯頭檢測剖析 發(fā)現(xiàn)，工作帶上局部有少許 白層（圖9a），角部已不存在白層（圖9b），即模具工作帶外觀的氮化層發(fā)生了不平均 的磨損。這多是 由于白層的不平均 剝落致使 。

在對鹽浴氮化試樣進行能譜剖析 發(fā)現(xiàn)，氮化層的最表層含氧量稀奇高，為氧化層（圖10a）；而線切割層氮化后，在白層地點 的深度就已 發(fā)生 剝離現(xiàn)象（圖10b）。由此可知，白層松散 易磨損的緣由 是最表層的氧化和外觀原始組織改變。

綜上可知，氮化工藝對氮化層的組織和機能 起決意 性感化 。同時，我們也能夠 發(fā)現(xiàn)一些失效（氮化層剝落、易磨損等）是先前工作忽視 或工藝節(jié)制 不妥引發(fā) 的（如線切割外觀未斷根），雖然 他們可能在氮化進程 中發(fā)生，但其實不 都是由氮化造成，而且 這類 失效不克不及 經(jīng)由過程 氮化修復(fù)。

今朝 ，國表里 遍及 認為單一相組成 的氮化組織具有優(yōu)秀 的耐磨性、抗蝕性和耐剝落性。而經(jīng)常使用 氮化工藝構(gòu)成 的白亮層一般都是雙相布局。硬氮化之所以遭到 青睞，恰是 由于 該工藝可有用 按捺 白亮層的構(gòu)成 ，并能經(jīng)由過程 賡續(xù) 強化分散層來到達 加強 耐磨性的目標 ；而軟氮化必需 依托 白亮層增添 耐磨性，并由于沒法 節(jié)制 白亮層的組織布局，在運用 上遭到 必然 的限制。（上述的滲硫氮化工藝的長處 是滲硫后外觀具有自潤滑感化 ，削減 了金屬的磨擦 和粘結(jié)）。

5、 模具加溫

5. Die warm up

模具在上機擠壓前都必需 加溫，而加溫溫度和時候 必需 嚴酷節(jié)制 。擠壓模具采取 的加熱溫度為500℃，但由于各類 加熱爐控溫保溫結(jié)果 的分歧 ，模具現(xiàn)實 溫度可能跨越 或低于該值。另外，在加熱爐中的保溫時候 應(yīng)限制在2~6h。加熱溫度太低或保溫時候 太短，模具溫度未到達 ；溫度太高或保溫時候 太長，模具的硬度會下降 ，工作帶外觀會發(fā)生 點侵蝕 或氧化脫碳（圖11a）。圖11b所示為氮化后的H13鋼加溫后的組織。可以看出，在白層的上方構(gòu)成 了一層很厚的氧化層。這層氧化層將在擠壓進程 中剝落（圖11c），流入產(chǎn)物 ，造成異物不良。

6. Mechanical and chemical removal of residual aluminium

起首 是擠壓流程竣事 時壓余的剪切——機械斷根殘鋁。一般臥式擠壓機都采取 平行于模具端面的鉸剪 剪切。然則 由于在鉸剪 的使用進程 中不行避免地存在一些問題（如鉸剪 變鈍），就會撕扯剪不到的殘鋁，此時本來 就連系 不牢、硬脆的模具外觀也被撕失落 ；而尖銳的鉸剪 則不會呈現(xiàn)這類 問題。另外一 個不行輕忽 的要點是鉸剪 必需 與模具端面平行。若它們之間呈必然 的角度，一樣 也會呈現(xiàn)撕扯現(xiàn)象，乃至 將剪到模具端面。圖12所示為鉸剪 在操作進程 中致使 的問題，在模具的下方可以看到與剪切撕扯陳跡 （圖12a）完全對應(yīng)的脫皮現(xiàn)象（圖12b）。

接下來就是殘鋁的化學(xué)斷根——泡模。從擠壓機上卸下的模具溫度較高，若即刻放入泡模槽堿洗，將因猛烈 的熱沖擊，模具局部縮短 過快呈現(xiàn)開裂，使模具報廢。平日 情形 下，燒堿泡模不會對具有完全 氮化層的模具外觀造成影響。然則 ，一旦外觀白層發(fā)生氧化侵蝕 毀壞（在空氣中加熱8h或更長）或分散層表露時（圖13），長時候 的浸泡可能構(gòu)成 凹坑。是以 ，在燒堿溶液中浸泡的時候 太長 可能造成模具外觀機能 退化，而在隨后的再氮化進程 中也不克不及 獲得 修復(fù)。

6、 改良 模具質(zhì)量的對策

7. The improvement of die quality

顛末以上剖析 后，針對提到的各類 晦氣 身分 ，提出了以下響應(yīng) 對策：

1） 改良 氮化工藝： Improve nitridation

•使用氣體硬氮化； Using gas hard nitridation

•制訂 公道 的氣體氮化工藝，獲得幻想 的氮化組織。 Making suitable nitridation process

2） 治理 模具臨盆 制造進程 ： Manage die manufacturing

•選擇顯微組織平均 、機能 相符 尺度 的鋼材； Choosing good quality steel

•去失落 線切割或電火花成型后的外觀，預(yù)留后續(xù)加工或拋光余量，一般30μm以上； Keep the polishing allowance

•嚴酷節(jié)制 熱處置前提 ，避免 外觀氧化脫碳，并獲得所需的組織與機能 ； Control the heat treatment condition

•憑據(jù) 模具尺寸，粗加工后預(yù)留必然 熱處置精加工余量，磨削失落 外觀脫碳組織。Keep allowance for precision machining

3） 治理 模具使用進程 ： manage die using process

•嚴酷節(jié)制 預(yù)熱前提 （時候 和溫度），按模具厚度計較加熱時候 ，以1.2~1.5min/mm計較，厚度160mm的模具加熱時候 年夜 約為3.2~4h； Control die heating temperature and time

•按準確 的規(guī)程斷根壓余和殘鋁，避免 模具機械性毀傷 ； Using correct cleaning process

•規(guī)范泡模工序，嚴禁高溫泡模，限制泡模浸泡時候 ； Control the liquid residual removal time

•限制新模試模次數(shù)，通常是 3次；試模及格 后模具臨盆 量節(jié)制 在10個鋁棒之內(nèi)即進行氮化，或 待模具氮化后再投入臨盆 ； Limit the chemical removal time

•當令再氮化，限制模具每 次氮化后的產(chǎn)量；Control the frequency of nitridation

•公道 修復(fù)模具，盡可能 避免燒焊，制止 冷焊； avoiding cold welding

•封膠噴油存庫，避免銹蝕 vacuum storage