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影响上海铝型材挤压模具质量与性能的五大原因及对策

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影响上海铝型材挤压模具质量与性能的五大原因及对策

发布日期:2016-06-29 00:00 来源:http://www.jnhyxpt.com 点击:

序言 

上海铝型材挤压用热作模具钢为4Cr5MoSiV1,JIS(日本标准)称SKD61,AISI(美国标准)称H13。该钢种具有良好的热强性、红硬性、较高的韧性和抗热疲劳性能。在热挤压过程中其温度可达600℃,工作条件恶劣,主要的失效形式为热磨损和热疲劳。挤型厂的生产效率、成本控制与模具性能密切相关。在整个模具综合管理系统中,每一个环节都会影响模具性能。 

影响上海铝型材挤压模具质量与性能的五大原因及对策

1、 模具钢材质量 

Quality of die steel 

模具钢材质量是挤压模具性能的基本保障。因为,无论后续的处理和操作再好,都无法从根本上改变模挤压模具的综合性能。区分优质和劣质钢材的重要依据是显微组织的均匀性,它决定了钢的冶金质量。显微组织不均匀、晶粒粗大(如碳化物和硫化物偏析等),常常会造成模具过早失效。 

图1所示为某些模具钢材检测结果。与优质钢材相比,劣质钢材退火态组织中碳化物分布不均、呈带状,并含有比较大化合物。这些化合物经热处理后仍不能完全被消除。若这些硬脆化合物存在于模具表面,将使氮化处理后的表面氮化层不连续,成为微裂纹的起源,最终导致氮化层剥落。 

2、 模具热处理 

 Heat treatment of dies 

热处理的目的是使模具的耐磨损性和韧性达到最佳配合,而耐磨损性要求硬度高,韧性则要求硬度低。因此,必须采取措施,确保这些相互矛盾的性能不会明显提高,以免损害另一个性能。影响热处理质量的主要因素有加热速度、淬火温度、冷却速度和回火温度等。在热处理期间,温度控制不当和保护气氛缺失,模具会过热,形成粗晶,表面发生不同程度的脱碳。正确的热处理除了要确保温度测量、控制准确以外,还需要采用保护气氛来保持表面的完整性。此外,热处理不当可能引起具有残余应力的表面脱碳。如果不采用机械完全去掉,在随后的氮化中,脱碳层将促使裂纹在表面任何可能的缺陷处萌生。 

图2所示为模具热处理后表面组织。从中可知,钢材表面无明显脱碳和氧化(图2a)。基体为针状马氏体+少量残余奥氏体+剩余碳化物,说明热处理并不彻底。这些剩余碳化物将有可能使表面的氮化质量恶化。此外,另一项关于热处理残留表层对模具氮化性能影响的实验中,也得出这样的结论。

3、 模具加工 

Die manufacture 

在模具制造过程中,模具的一些表面(如工作带表面等)会进行线切割、电火花(EDM)成型加工。若操作不当(如速率过大),将产生一层有缺陷的重铸金属。这一层组织由粗糙的、不规则的未回火马氏体构成,厚度大约为30μm。这层组织的点阵严重畸变,具有明显的拉应力。以致氮化处理后得到的氮化层疏松、脉状组织明显

4、 模具氮化 

Die nitridation 

在氮化处理中,模具表面吸收氮原子形成硬且耐磨损的化合物层,通常称为白亮层。它是由Fe2-3N(ε相)和Fe4N(γ`相)铁氮化合物中的一种或结合组成。而Cr、Mo和V等合金化元素与氮反应形成所谓的扩散层。扩散层位于化合物层下方,是基体母相中合金化元素氮化物析出的结果。 

综上可知,氮化工艺对氮化层的组织和性能起决定性作用。同时,我们也可以发现一些失效(氮化层剥落、易磨损等)是先前工作疏忽或工艺控制不当引起的(如线切割表面未清除),尽管他们可能在氮化过程中发生,但并不都是由氮化造成,并且这种失效不能通过氮化修复。 

  

目前,国内外普遍认为单一相构成的氮化组织具有优良的耐磨性、抗蚀性和耐剥落性。而常用氮化工艺形成的白亮层一般都是双相结构。硬氮化之所以受到青睐,正是因为该工艺可有效抑制白亮层的形成,并能通过不断强化扩散层来达到增强耐磨性的目的;而软氮化必须依靠白亮层增加耐磨性,并由于无法控制白亮层的组织结构,在应用上受到一定的限制。(上述的渗硫氮化工艺的优点是渗硫后表面具有自润滑作用,减少了金属的摩擦和粘结)。 

5、 模具加温 

5. Die warm up 

模具在上机挤压前都必须加温,而加温温度和时间必须严格控制。挤压模具采用的加热温度为500℃,但由于各种加热炉控温保温效果的不同,模具实际温度可能超过或低于该值。另外,在加热炉中的保温时间应限制在2~6h。加热温度太低或保温时间太短,模具温度未达到;温度太高或保温时间太长,模具的硬度会降低,工作带表面会产生点腐蚀或氧化脱碳。图11b所示为氮化后的H13钢加温后的组织。可以看出,在白层的上方形成了一层很厚的氧化层。这层氧化层将在挤压过程中剥落(图11c),流入产品,造成异物不良。 


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