H13的表面硬度处理工艺
时间：2017-07-18 作者：91再生 来源：91再生网
近年来,随着工业用大功率激光器的价格下降及激光应用技术的日趋成熟,H13钢模具表面的激光淬火、激光熔敷技术也有了较大发展。
求购H13模具钢常规处理后硬度44HRC,经激光淬火,表面硬度可达772Hv(相当于62HRC)。由于得到以超细化高密度位错型马氏体为主的组织,以及激光加热后自回火过程中析出弥散碳化物,使得淬硬层硬度、抗回火稳定性、耐磨性及抗蚀性均显著提高。
激光熔覆技术通过在模具表面覆盖一层具有一定性能的熔覆材料,以改善表面性能。与等离子喷焊相比,激光熔覆可实现热输入的准确和局部控制,节省高性能材料,其涂层缺陷率低,组织细密均匀,成分稀释率小,热影响区小,涂层强韧性明显提高。在有送粉器的2KWCO2
激光器上,对H13钢基体表面涂覆一层由镍基高温合金和WC+W2C粒子组成的高温耐磨合金粉末,在激光功率P=1500W,送粉量为10g/min,工件移动速度为2～3mm/s条件下,获得多道搭接的大面积高温耐磨合金。在1000℃左右高温下,涂覆层仍有很高的强硬性,是较理想的高温模具耐磨合金。
通过熔覆一层Co基合金(>40%Co+多量Cr、Ni等元素),也可得到比H13钢好得多的高温硬度、热疲劳抗力及抗循环软化能力。激光熔覆技术以其加工精度高,热变形小,后续加工量少等特点具有很大的潜在应用价值。
高能束表面合金化。
高能束表面合金化是近年发展的新兴技术,主要能源是激光束和电子束。对于H13钢模具尤其铝合金压铸模,可以先在电弧离子镀设备上沉积一层铝膜,然后采用电子束辐照处理技术,在真空条件下对模具表面进行15次轰击处理。铝在微秒级脉宽电子束作用下瞬时加热到高温,熔入基体表面,实现表面的铝合金化,靠金属基体良好的导热性快速冷却。同时,脉冲电子束在基体表面还会产生冲击波及冲击振动效应,使表面形成压应力。这样复合处理后,在模具表面产生约10μm左右的致密氧化膜,即使在反复加热、冷却的热应力作用下,也不会出现氧化膜的开裂与脱落现象,有效地改善了模具表面的抗氧化能力、热疲劳抗力、耐磨性等力学性能。
(3)离子注入表面改性处理。
金属表面离子注入改性技术日益受到重视,成为目前最活跃的研究方向之一,在许多精密、关键和高附加值的工模具和零部件制造方面取得了突出应用效果,有些已在产业部门推广应用,对精密、高性能、长寿命模具具有重要意义。离子注入技术早期研究集中在氮离子的注入。对H13钢等工模具钢而言,由于在500℃时约有70%的氮原子外扩散,结果氮离子
注入后表面性能(尤其是摩擦系数和耐磨性能)没有明显改善。而硅离子注入可使这类高强度钢表面的摩擦系数下降40%～80%,耐磨性也有很大提高。例如,硅及硅+氮离子双注入H13钢,显微硬度分别达到10540Hv0.0025和9064Hv0.0025,尤以硅离子注入效果最好,提高幅度达55%。硅及硅+氮离子注入都降低摩擦系数达40%;耐磨性分别提高6.2倍和1.4倍。
目前,国外己广泛采用电炉加电渣重熔的工艺冶炼H13钢,以提高H13钢的纯净度,减少含硫量。当硫的质量分数低于0.014%时,就可以大大提高H13钢材的KID值,国外H13钢的含硫量要求质量分数控制在0.005%～0.008%之间。我国大冶特殊钢股份有限公司采用电炉冶炼+浇铸180mm方电极棒+电渣重熔+加工成材这一生产工艺,每年可以生产2000t左右电渣钢,钢材化学成份均匀,组织致密,有较好的等向性和纯净度。
H13钢是合金元素含量较高的过共析钢,在冶炼、铸造时会出现碳化物偏析,在钢厂经锻轧后形成粗大的碳化物带。其中碳化物的数量、大小及分布状态直接影响钢材的组织及性能。为了改善模具最终热处理后的组织性能,瑞典福玻斯公司从20世纪60年代中期已开始使用一种组织处理的方法,可以大幅提高H13钢铸模的寿命。国内的上海劳动机械厂,上海锻压机床厂对H13钢半精锻热锻模均进行“组织处理”。
国内已对H13钢进行了系统的预处理工艺试验。采用自动相分析技术对碳化物面积分数(A%)、平均粒径(d)和单位面积碳化物个数(Nc)进行了定量测定,用拉伸法测定了常规力学性能。优化设计出了该钢种的预处理工艺,并与常规球化退火工艺的组织性能进行了对比。分析试验结果,获得了以下有价值的结论:
(1)预热处理明显地改善了H13钢的组织,有效消除了带状碳化物,大大减少了粗大碳化物的数量,可获得分布均匀、尺寸细小的碳化物组织。
(2)预热处理方法与常规球化退火(890℃左右)方法相比,具有节约能源,生产周期短等优点,在强度、晶粒度基本上相当的前提下,可提高钢材的塑性和韧性。
第 13 年
