專利名稱：鋁合金壓鑄模具鋼表面噴丸強化處理的方法

　　技術領域：

　　本發明涉及一種鋁合金壓鑄模具鋼表面噴丸強化處理的方法，屬合金鋼表面強化 處理技術領域。

　　技術背景隨著社會的迅猛發展，現代工業的生產規模在不斷擴大，涌現了大批的鋁合金產 品，正因為如此對鋁合金壓鑄模具的需求量越來越來多，質量的要求也愈來愈高。鋁合金壓鑄模具在服役過程中反復地與高溫狀態的合金接觸，在周期性的交變熱 應力作用下，模具材料尤其是表層的組織性能逐步發生演變，最終導致失效。熱疲勞 是鋁合金壓鑄模具鋼最主要的失效形式，熱疲勞是指金屬材料在冷熱循環交替作用 下，表面會形成網狀裂紋的現象。為了改善模具的熱疲勞性能，提高模具的壽命，引 入了表面處理技術。表面處理技術是主要是通過施加各種覆蓋或者采用機械、物理、化學等方法來改 變材料表面形貌、化學成分、相組成、微觀結構、缺陷狀態或應力狀態，從而提高材 料抵御環境作用的能力。各種表面處理方法中噴丸是一種廣泛使用的材料表面冷加工 方法，噴丸處理可以提高模具表面層硬度和強度，繼而造成零件的疲勞強度提高，延 長壽命。大多疲勞裂紋都是從表面開始，裂紋的發展主要靠拉應力，而噴丸強化處理 會在表面層產生殘余壓應力，使外加拉應力與殘余壓應力合成的總應力降低，從而可 提高材料的疲勞強度及延長疲勞壽命。另外，噴丸處理后模具表面粗糙度增加，更有 利于提高模具的抗粘膜性能。有人成功的將噴丸處理應用于制造承力構件的超高強度鋼及不銹鋼上，達到提高 其機械疲勞性能的目的，但對于將噴丸處理應用于鋁合金壓鑄模具鋼改善其熱疲勞性 能的研究還很少。另外，在有關文獻中提到將常規噴丸處理應用于壓鑄模具鋼能提高 模具鋼表面殘余壓應力，起到抑制裂紋產生，降低裂紋擴展速率的作用；但對于具體的噴丸技術方法及噴丸后裂紋的形態和分布特點等均未提及。由于壓鑄模具鋼的使用 硬度高，對其進行常規噴丸處理技術難度大，效果有限。發明內容本發明的目的是提供一種全新的噴丸方法，將其應用于鋁合金壓鑄模具鋼表面處理，以提高模具的熱疲勞性能、機械強度，并提高模具的壽命和可靠性。本發明一種鋁合金壓鑄模具鋼表面噴丸強化處理的方法，其特征在于具有以下的 工藝過程和步驟a. 首先將鋁合金壓鑄模具鋼進行熱處理，在102(TC條件下進行一次真空淬火， 隨后在560。C、 610°C、 56(TC下進行三次回火，使其硬度控制在42-50HRC范 圍內；b. 將所述模具鋼放在噴丸裝置的載物臺上進行噴丸處理；載物臺以3-5rad/min 的轉速勻速旋轉；噴丸的噴射角在30° -60°之間變化；噴射壓力為 0.3-0.6MPa;鑄鋼彈丸的粒徑為0.20-0.30mm;彈丸硬度控制在44-52HRC之 間；噴丸時間為20-60分鐘。本發明方法采用上述工藝過程的機理和作用如下所述鋁合金壓鑄模具鋼經過淬回火處理，將其硬度調整到一定的硬度范圍內。采用一 淬三回火工藝不僅使模具鋼得到所需的硬度而且改變了模具的應力狀態。噴丸處理重在控制鋼基彈丸的硬度和直徑，并且在噴丸過程中放置模具的載物臺 以一定的速度進行勻速旋轉，噴射角度也不斷變化。彈丸的硬度控制在比模具鋼高 l-3HRC的范圍內，若彈丸硬度低于此范圍，噴丸效果不明顯；若彈丸硬度高于此范 圍，硬度高的彈丸將損傷模具表面，影響模具壽命。將彈丸直徑控制在0.20-0.30mm 的范圍內，這樣做不僅可以提高噴丸的均勻性；而且對于復雜模具，特別是有R角 的模具，可以提高噴丸覆蓋率，減少對模具R角地區的損壞。另外，試樣臺的勻速 旋轉配合噴射角度的變化可使噴丸更均勻。本發明的特點和優點如下本發明的噴丸表面強化處理方法，通過控制彈丸的硬度、粒徑、噴射壓力和方向， 可以達到較好的表面處理效果。與常規的噴丸處理方法相比，本發明噴丸覆蓋率高， 對模具損傷小；模具鋼表面不僅可獲得較高的壓應力，其有效應力層深度也大大增加; 經處理后的模具鋼表面，其熱疲勞裂紋較未經噴丸表面處理的模具鋼要細小很多，呈 網狀彌散分布。本發明方法通過改變和控制模具鋼表面熱裂紋形成、分布來提高模具 的壽命和可靠性。

　　圖1為本發明方法的噴丸裝置的示意圖。圖中l一模具、2—載物臺、3—電機、4一彈丸箱、5—空氣壓縮機、6—噴嘴。圖2為經噴丸處理和未經噴丸處理的模具鋼表面殘余壓應力的變化曲線圖。 圖3為噴丸前后的H13鋼表面的透射電子顯微鏡照片。其中圖3(a)為未噴丸H13鋼表面亞顯微結構，圖3(b)為噴丸H13鋼表面亞顯微 結構。圖4為未噴丸處理模具鋼熱疲勞試驗表面裂紋圖。圖5為噴丸處理模具鋼熱疲勞試驗表面裂紋圖。

　　具體實施方式

　　現將本發明的具體實施例敘述于后。 實施例l采用常用的鋁合金壓鑄模具鋼H13作表面噴丸強化處理，其工藝過程和步驟如下(1) 首先對H13鋼進行熱處理，在102(TC條件下進行一次真空淬火，隨后在560 。C、 610。C和560。C下進行三次回火，其硬度都調整到47 48HRC;(2) 將所述模具鋼H13先進行表面研磨，然后放在噴丸裝置的載物臺上進行噴丸 處理。參見圖1，圖1為噴丸裝置的示意圖。將模具鋼1放在載物臺2上，載物臺2 下面設有一電機3，帶動載物臺2以4md/min的轉速勻速旋轉；同時通過空氣壓縮機 5將彈丸箱4內的彈丸壓送至噴嘴6，由噴嘴6以噴射角在30° -60°之間不斷變化 并進行噴丸動作；噴射壓力為0. 45MPa;彈丸為鑄鋼彈丸，其粒徑為0. 2-0. 3min;彈 丸硬度控制在48-49HRC;噴丸時間為30分鐘。對經噴丸處理的模具鋼作觀察和檢測如下(1) 經檢測，噴丸處理后的H13鋼，其噴丸覆蓋率達到200%。(2) 對噴丸處理和未噴丸處理的模具鋼H13表面殘余壓應力的對比試驗試驗結 果見圖2，圖2為其表面殘余壓應力的變化曲線圖，從圖中可見，模具鋼表面最大殘 余壓應力達到-600MPa，壓應力影響區達表面深度300 u m處。(3) 噴丸前后H13鋼表面的透射電鏡觀察觀察結果見圖3中的圖3(a)和圖3(b); 圖3(a)為未噴丸H13鋼表面亞顯微結構，圖3(b)為噴丸H13鋼表面亞顯微結構。噴 丸處理后鋼表面產生大量高密度位錯且位錯成胞狀結構。(4) 噴丸前后H13模具鋼分別進行熱疲勞對比試驗熱疲勞試驗結果見圖4和圖 5。圖4為未噴丸處理模具鋼作熱疲勞試驗后的表面裂紋圖，圖5為經噴丸處理模具 鋼作熱疲勞試驗后的表面裂紋圖。熱疲勞試驗的條件為最高加熱溫度為700°C，熱處理過程設置的冷卻時間為 7.5s，冷熱交替循環次數為1200次。然后將鋼取出，進行酸洗，去除氧化皮；然后 在連續變倍體視顯微鏡下觀察其裂紋進行對比。從圖中可見，噴丸處理后的鋼表面其 熱疲勞裂紋細小，且彌散分布均勻，說明噴丸處理提高了模具鋼的熱疲勞性能。

　　權利要求

　　1.一種鋁合金壓鑄模具鋼表面噴丸強化處理的方法，其特征在于具有以下的工藝過程和步驟a.首先將鋁合金壓鑄模具鋼進行熱處理，在1020℃條件下進行一次真空淬火，隨后在560℃、610℃和560℃下進行三次回火，使其硬度控制在42-50HRC范圍內。b.將所述模具鋼放在噴丸裝置的載物臺上進行噴丸處理；載物臺以3-5rad/min的轉速勻速旋轉；噴丸的噴射角在30-60°之間不斷變化；噴射壓力為0.3-0.6Mpa；鑄鋼彈丸的粒徑為0.20-0.30mm；彈丸硬度控制在44-52HRC之間；噴丸時間為20-60分鐘。

　　全文摘要

　　本發明涉及一種鋁合金壓鑄模具鋼表面噴丸強化處理的方法，屬合金鋼表面強化處理技術領域。本發明的特點是將模具鋼表面進行噴丸處理，通過控制彈丸的硬度、粒徑，噴射壓力和方向，使模具鋼表面獲得理想的殘余壓應力分布；通過改變模具熱裂紋形成、分布，來提高模具鋼熱疲勞抗力，從而提高模具的壽命和可靠性。噴丸工藝參數如下噴射鑄鋼彈丸的粒徑為0.20-0.30mm，噴射壓力為0.3-0.6MPa，噴射角為30°-60°之間不斷變化，彈丸硬度控制在44-52HRC之間；噴丸時間為20-60分鐘。經噴丸處理后鋼表面最大壓應力可達到600MPa；噴丸表面覆蓋率達到200％；噴丸后模具鋼的熱疲勞裂紋呈網狀彌散細小分布狀態，明顯提高了熱疲勞性能。

　　文檔編號C22F1/04GK101215680SQ20081003239

　　公開日2008年7月9日 申請日期2008年1月8日 優先權日2008年1月8日

　　發明者吳曉春, 汪宏斌, 閔永安, 陳玉華 申請人:上海大學