傳統(tǒng)的壓鑄模具熱處理工藝是淬火-回火,以后又發(fā)展了表面處理技術(shù)。由于可作為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)用在不同的材料上會產(chǎn)生不同的效果。熱處理技術(shù)改進的另一個發(fā)展方向,是將傳統(tǒng)的熱處理工藝與先進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。
表面熱擴滲技術(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。
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。進行滲碳處理時,主要的工藝方法有固體粉末滲碳、滲碳、以及真空滲碳、離子滲碳和在滲碳氣氛中加入氮元素形成的碳氮共滲等。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,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。
滲氮及有關(guān)的低溫熱擴滲技術(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、擴滲溫度較低(一般為480～600℃)、工件變形小,尤其適應(yīng)精密模具的表面強化,而且氮化層硬度高、耐磨性好,有較好的抗粘模性能。
3Cr2W8V鋼壓鑄模具,經(jīng)調(diào)質(zhì)、520～540℃氮化后,使用壽命較不氮化的模具提高2～3倍。美國用H13鋼制作的壓鑄模具,不少都要進行氮化處理,且以滲氮代替一次回火,表面硬度高達HRC65～70,而模具心部硬度較低、韌性好,從而獲得優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。氮化工藝是壓鑄模具表面處理常用的工藝,但當?shù)瘜映霈F(xiàn)薄而脆的白亮層時,無法抵抗交變熱應(yīng)力的作用,極易產(chǎn)生微裂紋,降低熱疲勞抗力。因此,在氮化過程中,要嚴格控制工藝,避免脆性層的產(chǎn)生。
采用反復(fù)滲氮的辦法可以分解容易在服役過程中產(chǎn)生微裂紋的氮化物白亮層,增加滲氮層厚度,并同時使模具表面存在很厚的殘余應(yīng)力層,使模具的壽命得以明顯提高。此外還有采用鹽浴碳氮共滲和鹽浴硫氮碳共滲等方法。這些工藝在國外應(yīng)用較為廣泛,在國內(nèi)較少見。如TFI+ABI工藝,是在鹽浴氮碳共滲后再于堿性氧化性鹽浴中浸漬。工件表面發(fā)生氧化,呈黑色,其耐磨性、耐蝕性、耐熱性均得到了改善。經(jīng)此方法處理的鋁合金壓鑄模具壽命提高數(shù)百小時。再如法國開發(fā)的硫氮碳共滲后進行氮化處理的oxynit工藝,應(yīng)用于有色金屬壓鑄模具則更具特點。
