专利名称：铝合金压铸模具钢表面喷丸强化处理的方法
技术领域：
本发明涉及一种铝合金压铸模具钢表面喷丸强化处理的方法，属合金钢表面强化 处理技术领域。
技术背景随着社会的迅猛发展，现代工业的生产规模在不断扩大，涌现了大批的铝合金产 品，正因为如此对铝合金压铸模具的需求量越来越来多，质量的要求也愈来愈高。铝合金压铸模具在服役过程中反复地与高温状态的合金接触，在周期性的交变热 应力作用下，模具材料尤其是表层的组织性能逐步发生演变，最终导致失效。热疲劳 是铝合金压铸模具钢最主要的失效形式，热疲劳是指金属材料在冷热循环交替作用 下，表面会形成网状裂纹的现象。为了改善模具的热疲劳性能，提高模具的寿命，引 入了表面处理技术。表面处理技术是主要是通过施加各种覆盖或者采用机械、物理、化学等方法来改 变材料表面形貌、化学成分、相组成、微观结构、缺陷状态或应力状态，从而提高材 料抵御环境作用的能力。各种表面处理方法中喷丸是一种广泛使用的材料表面冷加工 方法，喷丸处理可以提高模具表面层硬度和强度，继而造成零件的疲劳强度提高，延 长寿命。大多疲劳裂纹都是从表面开始，裂纹的发展主要靠拉应力，而喷丸强化处理 会在表面层产生残余压应力，使外加拉应力与残余压应力合成的总应力降低，从而可 提高材料的疲劳强度及延长疲劳寿命。另外，喷丸处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。有人成功的将喷丸处理应用于制造承力构件的超高强度钢及不锈钢上，达到提高 其机械疲劳性能的目的，但对于将喷丸处理应用于铝合金压铸模具钢改善其热疲劳性 能的研究还很少。另外，在有关文献中提到将常规喷丸处理应用于压铸模具钢能提高 模具钢表面残余压应力，起到抑制裂纹产生，降低裂纹扩展速率的作用；但对于具体的喷丸技术方法及喷丸后裂纹的形态和分布特点等均未提及。由于压铸模具钢的使用 硬度高，对其进行常规喷丸处理技术难度大，效果有限。发明内容本发明的目的是提供一种全新的喷丸方法，将其应用于铝合金压铸模具钢表面处理，以提高模具的热疲劳性能、机械强度，并提高模具的寿命和可靠性。本发明一种铝合金压铸模具钢表面喷丸强化处理的方法，其特征在于具有以下的 工艺过程和步骤a. 首先将铝合金压铸模具钢进行热处理，在102(TC条件下进行一次真空淬火， 随后在560。C、 610°C、 56(TC下进行三次回火，使其硬度控制在42-50HRC范 围内；b. 将所述模具钢放在喷丸装置的载物台上进行喷丸处理；载物台以3-5rad/min 的转速匀速旋转；喷丸的喷射角在30° -60°之间变化；喷射压力为 0.3-0.6MPa;铸钢弹丸的粒径为0.20-0.30mm;弹丸硬度控制在44-52HRC之 间；喷丸时间为20-60分钟。本发明方法采用上述工艺过程的机理和作用如下所述铝合金压铸模具钢经过淬回火处理，将其硬度调整到一定的硬度范围内。采用一 淬三回火工艺不仅使模具钢得到所需的硬度而且改变了模具的应力状态。喷丸处理重在控制钢基弹丸的硬度和直径，并且在喷丸过程中放置模具的载物台 以一定的速度进行匀速旋转，喷射角度也不断变化。弹丸的硬度控制在比模具钢高 l-3HRC的范围内，若弹丸硬度低于此范围，喷丸效果不明显；若弹丸硬度高于此范 围，硬度高的弹丸将损伤模具表面，影响模具寿命。将弹丸直径控制在0.20-0.30mm 的范围内，这样做不仅可以提高喷丸的均匀性；而且对于复杂模具，特别是有R角 的模具，可以提高喷丸覆盖率，减少对模具R角地区的损坏。另外，试样台的匀速 旋转配合喷射角度的变化可使喷丸更均匀。本发明的特点和优点如下本发明的喷丸表面强化处理方法，通过控制弹丸的硬度、粒径、喷射压力和方向， 可以达到较好的表面处理效果。与常规的喷丸处理方法相比，本发明喷丸覆盖率高， 对模具损伤小；模具钢表面不仅可获得较高的压应力，其有效应力层深度也大大增加; 经处理后的模具钢表面，其热疲劳裂纹较未经喷丸表面处理的模具钢要细小很多，呈 网状弥散分布。本发明方法通过改变和控制模具钢表面热裂纹形成、分布来提高模具 的寿命和可靠性。
图1为本发明方法的喷丸装置的示意图。图中l一模具、2—载物台、3—电机、4一弹丸箱、5—空气压縮机、6—喷嘴。图2为经喷丸处理和未经喷丸处理的模具钢表面残余压应力的变化曲线图。 图3为喷丸前后的H13钢表面的透射电子显微镜照片。其中图3(a)为未喷丸H13钢表面亚显微结构，图3(b)为喷丸H13钢表面亚显微 结构。图4为未喷丸处理模具钢热疲劳试验表面裂纹图。图5为喷丸处理模具钢热疲劳试验表面裂纹图。
具体实施方式
现将本发明的具体实施例叙述于后。 实施例l采用常用的铝合金压铸模具钢H13作表面喷丸强化处理，其工艺过程和步骤如下(1) 首先对H13钢进行热处理，在102(TC条件下进行一次真空淬火，随后在560 。C、 610。C和560。C下进行三次回火，其硬度都调整到47 48HRC;(2) 将所述模具钢H13先进行表面研磨，然后放在喷丸装置的载物台上进行喷丸 处理。参见图1，图1为喷丸装置的示意图。将模具钢1放在载物台2上，载物台2 下面设有一电机3，带动载物台2以4md/min的转速匀速旋转；同时通过空气压縮机 5将弹丸箱4内的弹丸压送至喷嘴6，由喷嘴6以喷射角在30° -60°之间不断变化 并进行喷丸动作；喷射压力为0. 45MPa;弹丸为铸钢弹丸，其粒径为0. 2-0. 3min;弹 丸硬度控制在48-49HRC;喷丸时间为30分钟。对经喷丸处理的模具钢作观察和检测如下(1) 经检测，喷丸处理后的H13钢，其喷丸覆盖率达到200%。(2) 对喷丸处理和未喷丸处理的模具钢H13表面残余压应力的对比试验试验结 果见图2，图2为其表面残余压应力的变化曲线图，从图中可见，模具钢表面最大残 余压应力达到-600MPa，压应力影响区达表面深度300 u m处。(3) 喷丸前后H13钢表面的透射电镜观察观察结果见图3中的图3(a)和图3(b); 图3(a)为未喷丸H13钢表面亚显微结构，图3(b)为喷丸H13钢表面亚显微结构。喷 丸处理后钢表面产生大量高密度位错且位错成胞状结构。(4) 喷丸前后H13模具钢分别进行热疲劳对比试验热疲劳试验结果见图4和图 5。图4为未喷丸处理模具钢作热疲劳试验后的表面裂纹图，图5为经喷丸处理模具 钢作热疲劳试验后的表面裂纹图。热疲劳试验的条件为最高加热温度为700°C，热处理过程设置的冷却时间为 7.5s，冷热交替循环次数为1200次。然后将钢取出，进行酸洗，去除氧化皮；然后 在连续变倍体视显微镜下观察其裂纹进行对比。从图中可见，喷丸处理后的钢表面其 热疲劳裂纹细小，且弥散分布均匀，说明喷丸处理提高了模具钢的热疲劳性能。
权利要求
1.一种铝合金压铸模具钢表面喷丸强化处理的方法，其特征在于具有以下的工艺过程和步骤a.首先将铝合金压铸模具钢进行热处理，在1020℃条件下进行一次真空淬火，随后在560℃、610℃和560℃下进行三次回火，使其硬度控制在42-50HRC范围内。b.将所述模具钢放在喷丸装置的载物台上进行喷丸处理；载物台以3-5rad/min的转速匀速旋转；喷丸的喷射角在30-60°之间不断变化；喷射压力为0.3-0.6Mpa；铸钢弹丸的粒径为0.20-0.30mm；弹丸硬度控制在44-52HRC之间；喷丸时间为20-60分钟。
全文摘要
本发明涉及一种铝合金压铸模具钢表面喷丸强化处理的方法，属合金钢表面强化处理技术领域。本发明的特点是将模具钢表面进行喷丸处理，通过控制弹丸的硬度、粒径，喷射压力和方向，使模具钢表面获得理想的残余压应力分布；通过改变模具热裂纹形成、分布，来提高模具钢热疲劳抗力，从而提高模具的寿命和可靠性。喷丸工艺参数如下喷射铸钢弹丸的粒径为0.20-0.30mm，喷射压力为0.3-0.6MPa，喷射角为30°-60°之间不断变化，弹丸硬度控制在44-52HRC之间；喷丸时间为20-60分钟。经喷丸处理后钢表面最大压应力可达到600MPa；喷丸表面覆盖率达到200％；喷丸后模具钢的热疲劳裂纹呈网状弥散细小分布状态，明显提高了热疲劳性能。
文档编号C22F1/04GK101215680SQ20081003239
公开日2008年7月9日 申请日期2008年1月8日 优先权日2008年1月8日
发明者吴晓春, 汪宏斌, 闵永安, 陈玉华 申请人:上海大学