CN107779864A - 一种耐磨冷冲模具的加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于冷冲模具加工技术领域，具体涉及一种耐磨冷冲模具的加工方法，所述凹模模具刃口表面设有耐磨层，所述耐磨层混料由碳化钛颗粒和镍基合金制成，冷冲压凹模模具刃口用温度为45‑50℃的硫酸蒸汽处理3‑5分钟，然后将耐磨层混料均匀涂覆在试样表面，利用激光熔覆设备融化制备涂层。本发明相比现有技术具有以下优点：本发明中通过球磨对碳化钛颗粒和镍基合金球磨实现粒子重构，并提前利用硫酸蒸汽对冷冲压凹模模具刃口进行处理，使其耐磨层与基体之间的融合处产生了一层细小的晶粒，使耐磨层混料与基体互渗，视图层与基体之间形成了良好的冶金结合，在所得耐磨层存在大量金属间化合物等硬质相，进而使所得涂层硬度和强度进一步提高。

Description

一种耐磨冷冲模具的加工方法
技术领域
本发明属于冷冲模具加工技术领域，具体涉及一种耐磨冷冲模具的加工方法。
背景技术
冷冲模具钢在工冲时，由于被加工材料的变形抗力比较大，模具的工冲部分承受很大的压力、弯曲力、冲击力及摩擦力。因此，冷冲模具的正常报废原因一般是磨损，冷冲模具在制造过程中，既需要模具表面或局部具有较高的硬度和耐磨性，又要使内部具有较好的韧性，而这种综合要求正是制约冷冲模具钢实际应用的瓶颈问题。所以也相应形成了一些适于做冷冲模具用的钢种，例如，发展了高耐磨、微变形冷冲模具用钢及高韧性冷冲模具用钢等。
目前可选用制造冷冲模具的有高速钢、超硬高速或硬质合金等，但其综合性能有限，高的耐磨性与强的韧性不可兼得。冷冲模具使用过程中出现的过载失效、磨损失效及疲劳失效，其中只有磨损失效之后可以再次修复使用，因此，有必要利用表面工程技术对冷冲模具钢零部件进行表面改性或处理以提高其表面硬度和耐磨性，以使冷冲模具钢的潜在性能得以充分发挥。
碳化物材料的涂层是现阶段使用较多的一种材料，其具有硬度高、耐磨损性能优越的特点，以涂层方式覆盖在金属合金基体表面可以提高由基体材料制备的零部件表面的耐磨性与硬度，相应的提高其使用寿命。其中TiC是一种常见涂层材料，其有如下特点特性：
(1) 具备密度低、强度高、弹性模量高、耐磨、耐腐蚀、抗氧化等优异的综合性能；
(2) 其颗粒一般呈圆球状，其晶格结构为面心立方结构，具有很高的热稳定性和硬度；
(3) 便于切削加工、焊接、锻造，并且加工过程热变形小，且具有普通熔炼钢的冷热加工性能。
因此，TiC涂层被广泛地用于冲无屑冷热金属加工工具、切削刀具、各种模具、耐磨耐热耐蚀零件表面等；目前金属材料表面涂层技术有：激光熔覆法、高温自蔓延烧结技术、粉末冶金技术、材料气相沉积技术(包括：化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD))等，但这些方法，存在生产设备要求苛刻、生产效率低、涂层结合强度低等不足。 因此如何在冷冲模具工冲表面获得 TiC 相的涂层，并且选择一种生产设备简单、工艺流程短的制备方法，获得与基体结合力好、不易脱落且力学性能、耐磨性能优异的涂层是亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种耐磨冷冲模具的加工方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种耐磨冷冲模具的加工方法，所述凹模模具刃口表面设有耐磨层，所述耐磨层混料由碳化钛颗粒和镍基合金制成，其中镍基合金包括以下重量百分比的成分：碳1.2-1.5%、铁0.4-0.8%、硅6.2-7.5%、硼2.8-3.6%、铬8.5-10.5%、镧0.4-0.8%、铍0.08-0.22%，余量为镍；
其中耐磨层混料由碳化钛颗粒和镍基合金以重量比4:1混合后，在充满氮气的球磨罐中进行球磨，球墨质量比为15-20，转速为300-400转/分钟，球磨时间为12-16小时；
冷冲压凹模模具刃口用温度为45-50℃的硫酸蒸汽处理3-5分钟，然后将耐磨层混料均匀涂覆在试样表面，厚度为0.6-0.8mm，在120℃的电阻炉烘干2h；利用激光熔覆设备在激光功率3.5kW、扫描速度5mm/s的条件进行融化，得到凹模模具刃口表面设有耐磨层的冷冲模具。
作为对上述方案的进一步改进，所述冷冲压凹模模具的制备方法为：按照冷冲模具凹模尺寸，制作砂型，然后以碳钢基材冶炼为钢液，采用消失模真空吸铸工艺浇铸得到铸件。
作为对上述方案的进一步改进，所述激光熔覆设备为HUST-JKR5170多功能二氧化碳连续激光器。
作为对上述方案的进一步改进，所述硫酸蒸汽的质量浓度为10-20%。
作为对上述方案的进一步改进，所述熔覆过程中利用流量为20L/h的氩气保护熔池。
本发明相比现有技术具有以下优点：本发明中通过球磨对碳化钛颗粒和镍基合金球磨实现粒子重构，并提前利用硫酸蒸汽对冷冲压凹模模具刃口进行处理，使其耐磨层与基体之间的融合处产生了一层细小的晶粒，使耐磨层混料与基体互渗，视图层与基体之间形成了良好的冶金结合，在所得耐磨层存在大量金属间化合物等硬质相，进而使所得涂层硬度和强度进一步提高。
具体实施方式
实施例1
一种耐磨冷冲模具的加工方法，所述凹模模具刃口表面设有耐磨层，所述耐磨层混料由碳化钛颗粒和镍基合金制成，其中镍基合金包括以下重量百分比的成分：碳1.4%、铁0.6%、硅7.2%、硼3.2%、铬9.6%、镧0.6%、铍0.15%，余量为镍；
其中耐磨层混料由碳化钛颗粒和镍基合金以重量比4:1混合后，在充满氮气的球磨罐中进行球磨，球墨质量比为18，转速为350转/分钟，球磨时间为14小时；
冷冲压凹模模具刃口用温度为48℃的硫酸蒸汽处理4分钟，然后将耐磨层混料均匀涂覆在试样表面，厚度为0.7mm，在120℃的电阻炉烘干2h；利用激光熔覆设备在激光功率3.5kW、扫描速度5mm/s的条件进行融化，得到凹模模具刃口表面设有耐磨层的冷冲模具。
其中，所述冷冲压凹模模具的制备方法为：按照冷冲模具凹模尺寸，制作砂型，然后以碳钢基材冶炼为钢液，采用消失模真空吸铸工艺浇铸得到铸件；所述激光熔覆设备为HUST-JKR5170多功能二氧化碳连续激光器。
其中，所述硫酸蒸汽的质量浓度为10-20%；所述熔覆过程中利用流量为20L/h的氩气保护熔池。
经检测，所得凹模模具刃口表面涂层的平均显微硬度为3425HV0.05，耐磨性相对于基体Q255为22倍。
实施例2
一种耐磨冷冲模具的加工方法，所述凹模模具刃口表面设有耐磨层，所述耐磨层混料由碳化钛颗粒和镍基合金制成，其中镍基合金包括以下重量百分比的成分：碳1.2%、铁0.8%、硅6.2%、硼3.6%、铬8.5%、镧0.8%、铍0.08%，余量为镍；
其中耐磨层混料由碳化钛颗粒和镍基合金以重量比4:1混合后，在充满氮气的球磨罐中进行球磨，球墨质量比为20，转速为400转/分钟，球磨时间为12小时；
冷冲压凹模模具刃口用温度为50℃的硫酸蒸汽处理5分钟，然后将耐磨层混料均匀涂覆在试样表面，厚度为0.8mm，在120℃的电阻炉烘干2h；利用激光熔覆设备在激光功率3.5kW、扫描速度5mm/s的条件进行融化，得到凹模模具刃口表面设有耐磨层的冷冲模具。
经检测，所得凹模模具刃口表面涂层的平均显微硬度为3431HV0.05，耐磨性相对于基体Q255为24倍。
实施例3
一种耐磨冷冲模具的加工方法，所述凹模模具刃口表面设有耐磨层，所述耐磨层混料由碳化钛颗粒和镍基合金制成，其中镍基合金包括以下重量百分比的成分：碳1.5%、铁0.4%、硅7.5%、硼2.8%、铬10.5%、镧0.4%、铍0.22%，余量为镍；
其中耐磨层混料由碳化钛颗粒和镍基合金以重量比4:1混合后，在充满氮气的球磨罐中进行球磨，球墨质量比为15，转速为300转/分钟，球磨时间为16小时；
冷冲压凹模模具刃口用温度为45℃的硫酸蒸汽处理3分钟，然后将耐磨层混料均匀涂覆在试样表面，厚度为0.6mm，在120℃的电阻炉烘干2h；利用激光熔覆设备在激光功率3.5kW、扫描速度5mm/s的条件进行融化，得到凹模模具刃口表面设有耐磨层的冷冲模具。
经检测，所得凹模模具刃口表面涂层的平均显微硬度为3427HV0.05，耐磨性相对于基体Q255为23倍。

Claims (5)

1.一种耐磨冷冲模具的加工方法，所述凹模模具刃口表面设有耐磨层，其特征在于，所述耐磨层混料由碳化钛颗粒和镍基合金制成，其中镍基合金包括以下重量百分比的成分：碳1.2-1.5%、铁0.4-0.8%、硅6.2-7.5%、硼2.8-3.6%、铬8.5-10.5%、镧0.4-0.8%、铍0.08-0.22%，余量为镍；
其中耐磨层混料由碳化钛颗粒和镍基合金以重量比4:1混合后，在充满氮气的球磨罐中进行球磨，球墨质量比为15-20，转速为300-400转/分钟，球磨时间为12-16小时；
冷冲压凹模模具刃口用温度为45-50℃的硫酸蒸汽处理3-5分钟，然后将耐磨层混料均匀涂覆在试样表面，厚度为0.6-0.8mm，在120℃的电阻炉烘干2h；利用激光熔覆设备在激光功率3.5kW、扫描速度5mm/s的条件进行融化，得到凹模模具刃口表面设有耐磨层的冷冲模具。
2.如权利要求1所述一种耐磨冷冲模具的加工方法，其特征在于，所述冷冲压凹模模具的制备方法为：按照冷冲模具凹模尺寸，制作砂型，然后以碳钢基材冶炼为钢液，采用消失模真空吸铸工艺浇铸得到铸件。
3.如权利要求1所述一种耐磨冷冲模具的加工方法，其特征在于，所述激光熔覆设备为HUST-JKR5170多功能二氧化碳连续激光器。
4.如权利要求1所述一种耐磨冷冲模具的加工方法，其特征在于，所述硫酸蒸汽的质量浓度为10-20%。
5.如权利要求1所述一种耐磨冷冲模具的加工方法，其特征在于，所述熔覆过程中利用流量为20L/h的氩气保护熔池。
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