鋼材壓延加工中的模具表面硬化技術(shù)

鋼材壓延加工中的模具表面硬化技術(shù)鋼材壓延加工的高負荷作業(yè)對模具的表面硬度要求很高，以保證模具不易磨損并加快生產(chǎn)效率。因此，模具表面硬化技術(shù)成為鋼鐵工業(yè)研究的熱點之一。本文將從PCB，氮化，硬質(zhì)合金等方面介紹鋼材壓延加工中的模具表面硬化技術(shù)，探討其特點和發(fā)展趨勢。PCB技術(shù)PCB（PlasmaChemical-Boriding）技術(shù)是一種表面化學(xué)處理技術(shù)，它采用離子注入的方式，在模具表面形成特殊的硼化層。硼化層極為堅硬，硬度高達1800HV，抗磨損性極強，可提高模具壽命。PCB技術(shù)的處理時間比其他表面處理技術(shù)短，將模具置于離子化處理室中，僅需10~15分鐘處理即可。PCB技術(shù)能夠改善模具的表面質(zhì)量，減小生產(chǎn)中的摩擦力和壓力，從而減小生產(chǎn)成本。PCB技術(shù)可用于處理各種材料的模具。PCB技術(shù)的成本相對較高，投入成本會對生產(chǎn)中的經(jīng)濟效益產(chǎn)生影響；氮化技術(shù)氮化技術(shù)是利用高溫氣氛下的氮化和硬化作用使模具表面形成一層具有硬度和抗磨性極強的氮化層，通過處理使模具表面最大程度上的改生命材料的合成成分，從而達到增強模具使用壽命的目的。氮化處理作用時間長，可增強模具表面硬度2—10倍，提高模具壽命；氮化處理的硬度極高，較PCB技術(shù)高1—3倍，可在模具的表面形成可見的硬化層。氮化處理可導(dǎo)致模具表面強度增強，摩擦力和磨損下降。氮化處理對模具的加工精度和形狀有要求，若無法滿足則會導(dǎo)致氮化層不均勻。氮化處理的成本高，存在一定的經(jīng)濟壓力。硬質(zhì)合金技術(shù)硬質(zhì)合金技術(shù)是一種利用硬質(zhì)物質(zhì)覆蓋在模具表面的處理工藝。硬質(zhì)合金的硬度極高，可極大提高模具表面的硬度和耐磨性。硬質(zhì)合金處理時間較短，不會增加生產(chǎn)成本。硬質(zhì)合金層存在斷裂的風險，降低使用壽命。硬質(zhì)合金處理的成本較高。在鋼材壓延加工中，不同的表面硬化技術(shù)有其各自的優(yōu)缺點。PCB技術(shù)處理時間短，硬度極高，硬質(zhì)合金技術(shù)的處理時間相對較短，處理成本也較低，但氮化技術(shù)在使用壽命及耐磨性上的提升效果更為明顯。綜述來看，氮化及硬質(zhì)合金技術(shù)在鋼材壓延加工中得到使用。參考文獻[1]張君華.“高錳鋼冷加工模具氮化層結(jié)構(gòu)和性能的研究”[D].上海交通大學(xué),2005.[2]楊晨光，王斌斌.“硬質(zhì)合金刀具表面硬化技術(shù)研究綜述”[J].機械電子，2014，28(12)：130-132.[3]田雨梅.“氮化工藝對SKD11板材性能的影響”[D].微型電子加工，2013.[4]MICHAELS.DONLEY,KEITHRIDEAUX.“性能提升的特殊化學(xué)處理技術(shù)”[J].機加工，2013.模具表面硬化技術(shù)在航空制造中的應(yīng)用在航空工業(yè)中，模具的表面硬度對模具壽命和制造質(zhì)量有著非常重要的影響。隨著航空制造行業(yè)的發(fā)展，對模具表面硬化技術(shù)的需求也越來越高。本文將從離子注入、滲碳、激光熔覆等方面介紹模具表面硬化技術(shù)在航空制造中的應(yīng)用，探討其優(yōu)缺點和未來發(fā)展趨勢。離子注入技術(shù)離子注入技術(shù)，即通過高速離子注入模具表面形成氮化、碳化、氧化等硬度層，從而提高模具的抗磨性和耐腐蝕性。該技術(shù)在航空制造中應(yīng)用廣泛，可以用于航空輪轂、噴氣發(fā)動機鑄件、飛機機翼等高要求零部件的制造。離子注入技術(shù)的優(yōu)點包括：可形成非常堅硬的硬度層，大大增強模具表面的耐磨性，保證模具使用壽命；壓制氧化的同時可以提高模具表面的抗腐蝕性；進行離子注入只需要模具表面，不需要進行整個模具的表面硬化，簡單易操作，并能大大減少表面加工后續(xù)治理的難度和成本。離子注入技術(shù)的缺點包括：稍微有些昂貴，處理成本較高；處理溫度高，需要注意熱變形問題。滲碳技術(shù)滲碳技術(shù)是先將模具表面加工除去銹蝕和油脂等雜質(zhì)，然后在高溫下將碳化物滲入模具表面，形成硬度層。在航空制造行業(yè)中，滲碳技術(shù)通常用于處理金屬材料模具，使其表面硬度更高，帶有良好的耐蝕性和耐磨性。滲碳技術(shù)的優(yōu)點包括：處理后可以形成高度規(guī)整、緊密的硬度層，極大地提高模具表面的硬度和耐磨性。良好的耐蝕性和高的表面光潔度，對于航空制造中高精度零部件的制造非常有益。滲碳技術(shù)的缺點包括：過程較為復(fù)雜，花費時間比較長，會增加制造成本；需要進行再次退火（退火廢氣）和清洗工作，以及增加了模具表面加工后續(xù)治理的難度和成本。激光熔覆技術(shù)激光熔覆技術(shù)是最新的一種模具表面硬化技術(shù)，該工藝通過高能量激光將表面材料熔化并凝固形成硬度層，在極短時間內(nèi)完成表面硬化處理。該技術(shù)在航空制造中應(yīng)用比較廣泛，可以用于提高飛機發(fā)動機外殼的耐高溫性能和壽命等。激光熔覆技術(shù)的優(yōu)點包括：可在極短時間內(nèi)完成處理，節(jié)約了工藝時間和成本；可進行高度定制的表面設(shè)計，表面硬度和耐磨性高。激光熔覆技術(shù)的缺點包括：由于工藝比較新穎，需要復(fù)雜的工藝裝備和控制系統(tǒng)；不同材料效果差別較大，實際處理效果需要經(jīng)過反復(fù)實驗和調(diào)整。針對不同的航空制造需求，上述三種模具表面硬化技術(shù)各有其優(yōu)缺點。離子注入技術(shù)的處理時間短，硬度極高，滲碳技術(shù)能保證硬度層精細，激光熔覆技術(shù)則能實現(xiàn)高定制性和高要求的表面設(shè)計。綜合來看，航空制造中應(yīng)根據(jù)不同的要求來選擇相應(yīng)的表面硬化技術(shù)。參考文獻[1]MaySapond，林曉波.“激光熔覆工藝對發(fā)動機飛葉片表面強化及抗腐蝕性的影響”[J].材料研究與應(yīng)用，2016，35(1)：80-83.[2]SuZhangxing、LiShaojian.“金屬模具表面處理技術(shù)研究進展”[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2015，15(22)：60-62.[3]FanXinding.“鈦合金模具的單氮仿形”[J].航空材料學(xué)報，2018，38(5):1-5.[4]XRen.“離子注入工藝對模具表面硬度的提高率”[J].材料與冶金，2019，24(4):85-88.隨著航空制造行業(yè)的不斷發(fā)展，模具表面硬化技術(shù)在航空制造中的應(yīng)用越來越廣泛。針對不同的航空制造需求，上述三種模具表面硬化技術(shù)各有其特點和應(yīng)用場合。離子注入技術(shù)主要用于航空輪轂、噴氣發(fā)動機鑄件、飛機機翼等高要求零部件的制造，通過離子注入形成硬度層，保證模具表面的耐磨性和耐腐蝕性。此技術(shù)精度高，成本較高，適合對表面硬度要求較高的航空零部件制造。滲碳技術(shù)常用于金屬材料模具的表面硬化，在高溫下利用碳化物滲入模具表面形成硬度層。其優(yōu)點在于成本適中，對模具表面加工有一定的容錯性，能夠提高模具表面的硬度和耐磨性。適合對表面硬度和光潔度要求較高，并且對制造成本有一定要求的航空制造零部件制造。激光熔覆技術(shù)用于高要求的表面設(shè)計和定制需求場景，在極短時間內(nèi)能夠完成處理，并且具有高度定制的表面設(shè)計。但該技術(shù)的缺點是需要復(fù)雜的工藝裝備和控制系統(tǒng)，處理不同材料效果差別較大，適合有一定的經(jīng)費支持并且有較高的表面設(shè)計要求的航空零部件的制造。對于鋼材壓延加工中的模具表面硬化技術(shù)，在選擇適合的硬化技術(shù)前，需要充分考慮具體的應(yīng)用場合。下面是幾個需要注意的事項：首先，應(yīng)仔細分析不同對模具硬度的要求，選用適合的處理技術(shù)。離子注入技術(shù)、滲碳技術(shù)和激光熔覆技術(shù)都有不同的優(yōu)缺點，需要進行合理的權(quán)衡。其次，需要考慮經(jīng)濟性。不同的技術(shù)處理效果和所需要的成本不同，需要評估實際條件，在滿足硬化要求的前提下，盡量降低成本。再次，需要根據(jù)模具精密度來選擇硬化技術(shù)。對于精密度要求較高的模具，在處理時需要特別注意避免影響精度和形狀。最后，針對不同的硬化技術(shù)，考慮后續(xù)的處理