铝合金压铸模的焊合熔损现象及其预防措施
2017-02-23
压铸工艺中，型腔的充型时间一般为0.1s ，甚至更少，合金通过浇口的速度约40～60m/ s ，有的甚至高达200m/ s。金属凝固时的加压强度通常在40 ～120MPa 左右。在进行铝合金压铸时，压铸模具的工作表面温度一般可上升到500～600 ℃。对于制造一个小型铝合金零件，整个压铸- 凝固循环时间约3～6s ，大型铝合金零件也不超过90s。
在(zai)每个压铸(zhu)(zhu)循环(huan)初期，模(mo)(mo)具型腔要承受炽热熔融(rong)(rong)合(he)金(jin)的(de)急(ji)热作用，工作表面会(hui)产(chan)生(sheng)压缩热应力(li)；压铸(zhu)(zhu)结束(shu)后要在(zai)模(mo)(mo)具内喷润(run)滑剂(ji)，进行急(ji)冷(leng)，因而又在(zai)其表面产(chan)生(sheng)拉(la)应力(li)。在(zai)这(zhei)样(yang)的(de)交变热应力(li)作用下，模(mo)(mo)具表面会(hui)产(chan)生(sheng)热疲(pi)劳(lao)微裂(lie)(lie)纹(wen)(wen)，随(sui)着压铸(zhu)(zhu)循环(huan)次数的(de)增加(jia)，微裂(lie)(lie)纹(wen)(wen)急(ji)剧扩展(zhan)，有的(de)向心部扩展(zhan)，形(xing)成龟裂(lie)(lie)纹(wen)(wen)。如果在(zai)裂(lie)(lie)纹(wen)(wen)周围(wei)同(tong)时伴随(sui)有熔融(rong)(rong)合(he)金(jin)对模(mo)(mo)具型腔的(de)冲刷及腐(fu)蚀，模(mo)(mo)具表面还会(hui)进一步损坏，最终(zhong)造成模(mo)(mo)具的(de)早期开裂(lie)(lie)甚至报废。
1 铝合金压(ya)铸(zhu)模中的(de)焊合现象
在(zai)所有(you)导(dao)致(zhi)铝合(he)金压铸模(mo)失效(xiao)的(de)主要原因中(zhong)(zhong)，模(mo)具表(biao)(biao)面(mian)发生(sheng)(sheng)焊合(he)的(de)问题开始渐渐得到关注。“焊合(he)”是压铸工(gong)业中(zhong)(zhong)的(de)术语，它指的(de)是模(mo)具与压铸合(he)金之(zhi)间的(de)反应。模(mo)具表(biao)(biao)面(mian)一旦发生(sheng)(sheng)焊合(he)，就会(hui)(hui)生(sheng)(sheng)成(cheng)复杂的(de)Fe-Al 金属(shu)(shu)间化(hua)合(he)物相，并(bing)在(zai)下次压铸循环(huan)时(shi)在(zai)铸件(jian)表(biao)(biao)面(mian)造(zao)成(cheng)缺陷。硬质(zhi)的(de)金属(shu)(shu)间相还会(hui)(hui)在(zai)模(mo)具表(biao)(biao)面(mian)堆积(ji)，因此必(bi)须中(zhong)(zhong)断生(sheng)(sheng)产并(bing)用抛光的(de)方法除(chu)去(qu)焊合(he)生(sheng)(sheng)成(cheng)物，这样会(hui)(hui)导(dao)致(zhi)生(sheng)(sheng)产时(shi)间的(de)延(yan)长、劳动力的(de)浪费，而且还会(hui)(hui)降低模(mo)具寿命。
通(tong)常按照焊(han)(han)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)形(xing)(xing)式的(de)不(bu)(bu)同(tong)，可将“焊(han)(han)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)”分(fen)为两种(zhong)。第(di)一种(zhong)焊(han)(han)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)形(xing)(xing)式称为“冲(chong)击(ji)焊(han)(han)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)”，即(ji)焊(han)(han)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)发生在(zai)(zai)模(mo)(mo)具(ju)表面(mian)(mian)朝向型腔的(de)入口(kou)或(huo)内浇道(dao)处(chu)(chu)。这些区(qu)域在(zai)(zai)充型时一般都受到(dao)(dao)熔融金(jin)(jin)(jin)属(shu)流的(de)猛烈(lie)冲(chong)击(ji)，表面(mian)(mian)温(wen)度(du)较高，受到(dao)(dao)的(de)压(ya)(ya)力较大，保(bao)护层(ceng)极易破(po)坏，在(zai)(zai)压(ya)(ya)铸(zhu)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)不(bu)(bu)断冲(chong)刷下模(mo)(mo)具(ju)保(bao)护层(ceng)失(shi)效并裸露出金(jin)(jin)(jin)属(shu)基(ji)体(ti)，合(he)(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)便与(yu)基(ji)体(ti)材料(liao)(liao)发生反应生成(cheng)(cheng)复杂的(de)金(jin)(jin)(jin)属(shu)间(jian)化(hua)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)物(wu)(wu)相。金(jin)(jin)(jin)属(shu)间(jian)化(hua)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)物(wu)(wu)较硬不(bu)(bu)易变(bian)形(xing)(xing)，它在(zai)(zai)压(ya)(ya)铸(zhu)中的(de)破(po)裂脱落不(bu)(bu)仅会(hui)导致(zhi)铸(zhu)件质量缺陷，同(tong)时会(hui)带走基(ji)体(ti)材料(liao)(liao)，并暴露新鲜表面(mian)(mian)，如此(ci)周(zhou)而复始，焊(han)(han)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)现(xian)象逐渐加(jia)深，严重(zhong)(zhong)时会(hui)导致(zhi)模(mo)(mo)具(ju)表面(mian)(mian)受到(dao)(dao)腐蚀及模(mo)(mo)具(ju)材料(liao)(liao)熔损。因(yin)此(ci)，必须要在(zai)(zai)发生焊(han)(han)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)的(de)早期(qi)进行及时清除(chu)并修补(bu)受损表面(mian)(mian)。第(di)二种(zhong)焊(han)(han)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)形(xing)(xing)式称为“沉(chen)积焊(han)(han)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)”，即(ji)焊(han)(han)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)位置背向浇口(kou)或(huo)远离(li)浇道(dao)。这些区(qu)域通(tong)常是表面(mian)(mian)处(chu)(chu)理或(huo)模(mo)(mo)具(ju)润滑剂(ji)不(bu)(bu)能达到(dao)(dao)的(de)地(di)方(fang)。因(yin)此(ci)它们的(de)表面(mian)(mian)状(zhuang)态(tai)、温(wen)度(du)分(fen)布、受压(ya)(ya)状(zhuang)况与(yu)其他(ta)地(di)方(fang)不(bu)(bu)同(tong)。通(tong)常压(ya)(ya)铸(zhu)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)在(zai)(zai)到(dao)(dao)达这些区(qu)域后温(wen)度(du)较低，其流动(dong)性也(ye)变(bian)差，容易最先凝固，炽热的(de)半固态(tai)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)与(yu)模(mo)(mo)具(ju)表面(mian)(mian)接触时间(jian)变(bian)长，加(jia)上此(ci)处(chu)(chu)模(mo)(mo)具(ju)本身(shen)表面(mian)(mian)状(zhuang)态(tai)不(bu)(bu)很(hen)理想，因(yin)此(ci)容易形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)FeAl 金(jin)(jin)(jin)属(shu)间(jian)化(hua)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)物(wu)(wu)，在(zai)(zai)多次压(ya)(ya)铸(zhu)循环中，金(jin)(jin)(jin)属(shu)间(jian)化(hua)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)物(wu)(wu)会(hui)在(zai)(zai)这些流动(dong)性较差的(de)区(qu)域逐渐沉(chen)积，最后形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)严重(zhong)(zhong)的(de)焊(han)(han)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)，影响压(ya)(ya)铸(zhu)生产。
虽然在铝合(he)金压铸模的不(bu)同(tong)区域会发生(sheng)不(bu)同(tong)形式的焊(han)(han)合(he)，但是发生(sheng)的焊(han)(han)合(he)却具(ju)有一(yi)些普遍的共同(tong)特征——即模具(ju)表面焊(han)(han)合(he)区域一(yi)般均呈(cheng)现银白(bai)色光(guang)泽。
焊合(he)层(ceng)的(de)组(zu)成，往往是复(fu)杂的(de)Fe-Al 金(jin)属间(jian)(jian)(jian)化(hua)(hua)合(he)物(wu)，而且由(you)于组(zu)成该层(ceng)的(de)金(jin)属间(jian)(jian)(jian)化(hua)(hua)合(he)物(wu)较薄，因此在分(fen)析上也有一定(ding)的(de)困(kun)难。但是国外(wai)研究者(zhe)Z.W.Chen 和D.T.Fraser 等利用X射线(xian)衍射对在熔融Al-11Si-3Cu 压铸(zhu)铝(lv)合(he)金(jin)中(zhong)浸(jin)蘸(zhan)H13 钢所生(sheng)成的(de)金(jin)属间(jian)(jian)(jian)化(hua)(hua)合(he)物(wu)结(jie)构进行(xing)了分(fen)析，他们(men)认为，焊合(he)层(ceng)由(you)复(fu)合(he)物(wu)层(ceng)金(jin)属间(jian)(jian)(jian)化(hua)(hua)合(he)物(wu)αbcc-( FeSiAlCrMnCu ) 、外(wai)层(ceng)紧(jin)密(mi)层(ceng)的(de)六方αH-(Fe2SiAl8) 金(jin)属间(jian)(jian)(jian)化(hua)(hua)合(he)物(wu)以(yi)及(ji)内(nei)层(ceng)紧(jin)密(mi)层(ceng)斜方晶的(de)η-Fe2Al5 金(jin)属间(jian)(jian)(jian)化(hua)(hua)合(he)物(wu)组(zu)成。而他们(men)拍摄下的(de)Fe－Al界面组(zu)织(zhi)与笔者(zhe)所作的(de)“在ADC12 压铸(zhu)铝(lv)合(he)金(jin)中(zhong)浸(jin)蘸(zhan)H13 钢”试(shi)验得到(dao)的(de)Fe－Al 界面形貌十(shi)分(fen)相似。
金属间化合物量非常少，焊(han)合表面层又(you)极薄(bo)加上(shang)分析手段上(shang)的限制(zhi)，在目前阶(jie)段，国(guo)内外研究者(zhe)都只(zhi)能对其进行大致(zhi)的定(ding)性分析。而对于焊(han)合层的生成(cheng)与发展规律，金属间化合物的定(ding)量分析将会是今后(hou)研究者(zhe)工作的重(zhong)点(dian)。
2 铝合金压铸模(mo)的熔损(sun)效应
在(zai)受(shou)到炽热的(de)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)熔(rong)体、半固态合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)冲刷(shua)，并保持(chi)加(jia)压(ya)状态下(xia)工(gong)作(zuo)的(de)铝合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)压(ya)铸(zhu)(zhu)模(mo)(mo)在(zai)使用一(yi)段时间(jian)后，表面的(de)保护层(ceng)一(yi)般会(hui)形(xing)成网状微(wei)裂(lie)纹、龟裂(lie)甚(shen)至表面层(ceng)脱落。如果不对模(mo)(mo)具(ju)(ju)表面进(jin)行修复(fu)和保养(yang)，则会(hui)发生更(geng)加(jia)严(yan)重(zhong)(zhong)的(de)所谓“熔(rong)损(sun)(sun)”效应。“熔(rong)损(sun)(sun)”指的(de)是模(mo)(mo)具(ju)(ju)在(zai)工(gong)作(zuo)一(yi)段时间(jian)后，工(gong)作(zuo)面受(shou)到严(yan)重(zhong)(zhong)侵蚀，使模(mo)(mo)具(ju)(ju)质量变轻的(de)过(guo)程。熔(rong)损(sun)(sun)是压(ya)铸(zhu)(zhu)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)对压(ya)铸(zhu)(zhu)模(mo)(mo)具(ju)(ju)的(de)一(yi)系列腐(fu)蚀、冲蚀、侵蚀及(ji)焊合(he)(he)的(de)综(zong)合(he)(he)机械作(zuo)用结(jie)果。
模(mo)具(ju)基体(ti)材料Fe在压铸铝合(he)(he)金(jin)中的(de)(de)溶解(jie)过程又是一种(zhong)Fe－Al 物理化学反(fan)应(ying)并(bing)生成复杂金(jin)属间(jian)化合(he)(he)物的(de)(de)过程。同(tong)时，基体(ti)中的(de)(de)各种(zhong)合(he)(he)金(jin)元素也(ye)会参与(yu)到(dao)这一反(fan)应(ying)中，而(er)所(suo)生成的(de)(de)金(jin)属间(jian)化合(he)(he)物的(de)(de)物相结构、反(fan)应(ying)机(ji)制等(deng)至今没有得到(dao)明确(que)解(jie)释(shi)，只能(neng)(neng)对其进(jin)行(xing)大(da)致的(de)(de)定性(xing)分(fen)析。不过由于(yu)熔损(sun)反(fan)应(ying)与(yu)在模(mo)具(ju)表(biao)面早期发生的(de)(de)焊合(he)(he)有着许多(duo)共性(xing)，因此在发生熔损(sun)的(de)(de)区域(yu)，往往也(ye)能(neng)(neng)找(zhao)到(dao)与(yu)焊合(he)(he)生成金(jin)属间(jian)化合(he)(he)物相类似的(de)(de)物质，笔者(zhe)在对H13 钢浸蘸(zhan)入ADC12 压铸铝合(he)(he)金(jin)的(de)(de)试验中，部分(fen)试样发生了严重的(de)(de)熔损(sun)。
3 铝(lv)合(he)金压铸模(mo)预防焊合(he)、熔损的措施(shi)
作为铝合金(jin)压(ya)铸(zhu)模(mo)，其整(zheng)个(ge)系统(tong)一(yi)般(ban)价格昂贵，型腔都比较复杂。因此(ci)分析模(mo)具失效的(de)原因，采(cai)取相(xiang)应的(de)方(fang)法预防失效，以延长模(mo)具使用寿命，是模(mo)具工业(ye)一(yi)个(ge)相(xiang)当重要的(de)课(ke)题。
3.1 蒸汽氧化处理
蒸汽(qi)处理(li)常应用(yong)(yong)于工(gong)(gong)具的(de)表(biao)(biao)面处理(li)以(yi)及常规兵器的(de)表(biao)(biao)面处理(li)，基(ji)本上(shang)都是起防锈作用(yong)(yong)。当其作为(wei)一种有效(xiao)的(de)表(biao)(biao)面处理(li)工(gong)(gong)艺被运用(yong)(yong)于热作模具钢时，我们发现它(ta)能(neng)在(zai)(zai)一定程度上(shang)提高模具的(de)抗冷热疲劳性能(neng)和抗熔(rong)融铝合(he)金热熔(rong)损性能(neng)[8 ] 。因(yin)为(wei)通过蒸汽(qi)氧化处理(li)的(de)钢铁(tie)材料在(zai)(zai)其表(biao)(biao)面可以(yi)生成一层具有保护作用(yong)(yong)的(de)Fe3/O4薄(bo)膜(mo)，
Fe3O4是铁的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)物中致密(mi)度(du)较(jiao)(jiao)高(gao)、结(jie)构较(jiao)(jiao)稳定的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)物。蓝色的(de)(de)(de)Fe3O4具(ju)(ju)(ju)(ju)有耐(nai)高(gao)温(wen)、抗氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)、致密(mi)、耐(nai)磨损、耐(nai)蚀、与基体(ti)(ti)结(jie)合强度(du)好等优(you)点。由(you)于Fe3O4氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)膜的(de)(de)(de)微观结(jie)构是粗糙(cao)且凹凸不(bu)平的(de)(de)(de)，因(yin)(yin)此它(ta)还能存储一些冷却(que)剂(ji)，在铸(zhu)(zhu)件压铸(zhu)(zhu)成形以后方便(bian)脱模(mo)(mo)，起到(dao)了润滑的(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)，使(shi)(shi)模(mo)(mo)具(ju)(ju)(ju)(ju)表面不(bu)易产生氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)腐蚀沟槽(cao)，从而(er)减少诱(you)发热(re)(re)疲劳裂(lie)纹的(de)(de)(de)因(yin)(yin)素。而(er)且，紧实致密(mi)的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)膜包围在模(mo)(mo)具(ju)(ju)(ju)(ju)上(shang)起到(dao)了隔离炽(chi)热(re)(re)熔融(rong)金属或高(gao)温(wen)液体(ti)(ti)的(de)(de)(de)热(re)(re)冲(chong)刷作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)，保(bao)护了模(mo)(mo)具(ju)(ju)(ju)(ju)材料(liao)基体(ti)(ti)的(de)(de)(de)完整性，从而(er)提高(gao)了模(mo)(mo)具(ju)(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)使(shi)(shi)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)寿命(ming)。 在实际应(ying)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)中，多数的(de)(de)(de)模(mo)(mo)具(ju)(ju)(ju)(ju)生产商也建议用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)户在使(shi)(shi)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)热(re)(re)作(zuo)(zuo)(zuo)模(mo)(mo)具(ju)(ju)(ju)(ju)之前进行(xing)轻微氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)，通(tong)常是在空(kong)气中加热(re)(re)到(dao)500 ℃，保(bao)持(chi)1～2h ，在模(mo)(mo)具(ju)(ju)(ju)(ju)表面产生1～10μm 的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)层。而(er)一般(ban)在压铸(zhu)(zhu)模(mo)(mo)试模(mo)(mo)时(shi)，有时(shi)也会在模(mo)(mo)具(ju)(ju)(ju)(ju)表面形成致密(mi)的(de)(de)(de)黑色氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)物层，此氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)物层主要由(you)富含C、Si 、S 的(de)(de)(de)Fe[html]3O[html]4构成。同样(yang)能够起到(dao)保(bao)护模(mo)(mo)具(ju)(ju)(ju)(ju)表面并延(yan)长使(shi)(shi)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)寿命(ming)的(de)(de)(de)积极作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong) 。
3.2 离子渗氮(dan)
在模具(ju)(ju)表(biao)(biao)面进行离子(zi)渗(shen)(shen)氮可以(yi)生成(cheng)连续的氮化物层(白亮层) ，这对提高(gao)(gao)模具(ju)(ju)的抗(kang)焊合(he)、抗(kang)热熔损、抗(kang)侵蚀能(neng)力都(dou)是(shi)非常有(you)益的，同时也会(hui)使得(de)模具(ju)(ju)表(biao)(biao)面的耐(nai)磨性能(neng)有(you)所提高(gao)(gao)[7 ] 。离子(zi)渗(shen)(shen)氮除具(ju)(ju)有(you)普通渗(shen)(shen)氮的优点(dian)之外(wai)，还有(you)渗(shen)(shen)氮速(su)度快(是(shi)气(qi)体渗(shen)(shen)氮的2～3 倍(bei)) 、氮化组(zu)织容易调整控(kong)制、处理(li)温度低、热变形小、处理(li)后表(biao)(biao)面状态好(hao)、节能(neng)及无公害等优点(dian)。
氮化(hua)(hua)(hua)层(ceng)比氧化(hua)(hua)(hua)层(ceng)更厚更致密，更耐铝(lv)合(he)金冲蚀，对保护模具表面可以起到积极作用。但(dan)是，考虑到模具的(de)(de)热疲(pi)劳(lao)性能，氮化(hua)(hua)(hua)层(ceng)由(you)于(yu)较(jiao)硬，容(rong)易(yi)形(xing)成热疲(pi)劳(lao)裂纹(wen)(wen)。而一(yi)旦形(xing)成微裂纹(wen)(wen)后的(de)(de)氮化(hua)(hua)(hua)层(ceng)在抗熔(rong)(rong)融(rong)铝(lv)合(he)金焊合(he)与熔(rong)(rong)损上(shang)的(de)(de)效果则会(hui)变差。因此如果解决好模具氮化(hua)(hua)(hua)层(ceng)上(shang)的(de)(de)热疲(pi)劳(lao)问题，渗氮将(jiang)会(hui)是一(yi)个十分(fen)优秀的(de)(de)压铸模表面处理(li)工艺。
3.3 PVD、CVD 表面镀覆
物(wu)理(li)(li)气相沉积技术(shu)(PVD) ，由于(yu)处(chu)理(li)(li)温度低，畸变小，无(wu)公(gong)害，容易获(huo)得超(chao)(chao)硬(ying)层，涂(tu)层均匀等(deng)特点(dian)，已经(jing)广泛应(ying)用(yong)(yong)(yong)于(yu)精密(mi)模具(ju)表面(mian)强化(hua)处(chu)理(li)(li)，显示出良好的(de)应(ying)用(yong)(yong)(yong)效(xiao)果。PVD 处(chu)理(li)(li)是将具(ju)有特殊(shu)性能的(de)稳定(ding)化(hua)合物(wu)TiN、Ti (C ，N) 、SiN、(Ti ，Si) N 等(deng)沉积在金(jin)属表面(mian)，形成一层超(chao)(chao)硬(ying)覆盖膜，经(jing)PVD 处(chu)理(li)(li)获(huo)得的(de)TiN 层的(de)塑料模，其(qi)使用(yong)(yong)(yong)寿命提(ti)(ti)高3～9 倍(bei)，金(jin)属压力加工(gong)工(gong)具(ju)寿命提(ti)(ti)高3～5 倍(bei)。
化学气相沉(chen)(chen)积技术(shu)(CVD) ，沉(chen)(chen)积物由引入高(gao)温沉(chen)(chen)积区的气体(ti)离解(jie)所产(chan)生。CVD 处理的模具(ju)形(xing)状不(bu)受(shou)任何(he)限制。CVD 可(ke)以在(zai)含碳量大于018 %的工具(ju)钢(gang)、渗(shen)碳钢(gang)、高(gao)速钢(gang)、轴(zhou)承钢(gang)、铸铁(tie)以及硬(ying)(ying)质(zhi)合金(jin)等表面上进行。气相沉(chen)(chen)积TiC、TiN 能(neng)应用于挤压模、落料(liao)模和(he)弯(wan)曲模，也适用于粉末成(cheng)型模和(he)塑料(liao)模等。在(zai)金(jin)属模具(ju)上涂覆(fu)TiC、TiN 覆(fu)层的工艺， 其覆(fu)层硬(ying)(ying)度高(gao)达3000HV ，且耐(nai)磨性好、抗摩(mo)擦性能(neng)提高(gao)、冲(chong)模的使用寿(shou)命可(ke)提高(gao)1～4 倍。、
3.4 渗硼处理
渗硼处理(li)在(zai)模具表(biao)面(mian)形成的(de)硼化物，具有(you)高(gao)硬度、高(gao)耐磨、好的(de)抗氧(yang)化性和耐腐蚀性。D.N.Tsipas 等的(de)研究发现:在(zai)低碳钢(gang)和高(gao)合金(jin)钢(gang)上进行(xing)粉末渗硼，渗硼层能明显提高(gao)耐630 ℃铝(lv)液和500 ℃锌液的(de)侵蚀。
笔者在进行铝(lv)(lv)合(he)金(jin)(jin)压铸(zhu)模具钢(gang)的(de)(de)(de)抗熔损(sun)及焊(han)合(he)的(de)(de)(de)研究中使(shi)用了(le)(le)渗硼方(fang)法(fa)，试(shi)验发现渗硼层的(de)(de)(de)高(gao)(gao)硬度和良好的(de)(de)(de)热稳定性，能(neng)(neng)改变热疲(pi)(pi)劳裂(lie)纹的(de)(de)(de)萌(meng)生及扩展的(de)(de)(de)方(fang)式(shi)，从而(er)改变热疲(pi)(pi)劳裂(lie)纹的(de)(de)(de)形貌(mao)。因此在不损(sun)失铝(lv)(lv)合(he)金(jin)(jin)压铸(zhu)模热疲(pi)(pi)劳性能(neng)(neng)的(de)(de)(de)基础(chu)上，对(dui)其(qi)进行渗硼处(chu)理，可显着提高(gao)(gao)其(qi)抗熔损(sun)、焊(han)合(he)性能(neng)(neng)。但(dan)由于普通的(de)(de)(de)高(gao)(gao)温(900 ℃左右(you)) 渗硼后(hou)还需进行高(gao)(gao)温淬火(huo)+ 回火(huo)处(chu)理，对(dui)大型铝(lv)(lv)合(he)金(jin)(jin)压铸(zhu)模不太(tai)实际，如果能(neng)(neng)够在渗硼的(de)(de)(de)工艺上寻(xun)求(qiu)突破，降低(di)到(dao)中温甚至低(di)温(如550 ℃以下)渗硼，那么对(dui)于铝(lv)(lv)合(he)金(jin)(jin)压铸(zhu)模而(er)言，无疑又多了(le)(le)一(yi)种经济可靠(kao)并(bing)且性能(neng)(neng)优良的(de)(de)(de)表面(mian)处(chu)理工艺。
3.5 喷涂(tu)润滑(hua)剂
在(zai)铝合(he)金压铸(zhu)(zhu)模工作(zuo)(zuo)的压铸(zhu)(zhu)循(xun)环中，在(zai)进行(xing)压铸(zhu)(zhu)前和一个压铸(zhu)(zhu)循(xun)环结束后开始准备下次压铸(zhu)(zhu)时(shi)，都要在(zai)模具(ju)型腔表面喷(pen)涂润滑剂(ji)，这(zhei)样做的目的主要是(shi): ①润滑剂(ji)可(ke)在(zai)模具(ju)表面形成一个薄层(ceng)作(zuo)(zuo)为铸(zhu)(zhu)件(jian)合(he)金和模具(ju)之(zhi)间的阻隔； ②降低模具(ju)温度； ③作(zuo)(zuo)为铸(zhu)(zhu)件(jian)弹出时(shi)的脱(tuo)膜剂(ji)。
研究发现在(zai)压铸(zhu)模(mo)具(ju)表(biao)面(mian)喷(pen)涂(tu)水基(ji)润(run)滑剂(ji)约4s后可以(yi)吸收模(mo)具(ju)中总热(re)(re)量的(de)30 %左右。而(er)且，试验还(hai)表(biao)明，在(zai)热(re)(re)的(de)模(mo)具(ju)表(biao)面(mian)喷(pen)涂(tu)润(run)滑剂(ji)时会(hui)产生(热(re)(re)力学(xue)中的(de)) 莱顿弗罗(luo)斯特现象(xiang)，即液体(ti)不(bu)(bu)会(hui)润(run)湿(shi)炽热(re)(re)的(de)表(biao)面(mian)而(er)仅(jin)仅(jin)在(zai)其(qi)上形成一(yi)个蒸汽层[2 ] 。这个蒸汽层能在(zai)压铸(zhu)中隔绝(jue)炽热(re)(re)熔(rong)融(rong)合(he)金与模(mo)具(ju)表(biao)面(mian)的(de)直(zhi)接接触，从而(er)起到(dao)保护模(mo)具(ju)基(ji)体(ti)不(bu)(bu)受焊合(he)、熔(rong)损的(de)作用。
润(run)滑(hua)(hua)剂(ji)的(de)化(hua)学(xue)成分、喷(pen)涂角度(du)、喷(pen)涂距离和喷(pen)涂时间对在模具(ju)表面形(xing)成保护膜有至关重要(yao)的(de)影(ying)响。文献中显(xian)示(shi)，含聚丙烯(xi)成分的(de)润(run)滑(hua)(hua)剂(ji)比(bi)含聚乙烯(xi)成分的(de)润(run)滑(hua)(hua)剂(ji)在降低模具(ju)表面温(wen)度(du)及防止焊合、熔损效果上更为(wei)出色。
4 结论
由于铝与铁有强烈的亲合(he)(he)力，在铝合(he)(he)金压铸模(mo)的使(shi)用(yong)中会(hui)发生(sheng)(sheng)复(fu)杂的Fe2Al 反(fan)应，生(sheng)(sheng)成硬的金属间(jian)化(hua)合(he)(he)物焊合(he)(he)层，严重(zhong)的还会(hui)引(yin)起(qi)模(mo)具(ju)熔(rong)损。实际生(sheng)(sheng)产显示(shi)，对模(mo)具(ju)进行(xing)适当的表面处理(li)和(he)压铸循环中喷(pen)涂模(mo)具(ju)润滑剂将对模(mo)具(ju)发生(sheng)(sheng)焊合(he)(he)、熔(rong)损现象起(qi)到积(ji)极的预防(fang)作用(yong)。
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