[發(fā)明專利]H13鋼的電火花強(qiáng)化層制備技術(shù)

在審

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• 申請日: 2016-12-26
• 公開（公告）號: CN107043934A
• 公開（公告）日: 2017-08-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王井玲;楊慧;李敏
• 申請（專利權(quán)）人: 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)
• 主分類號: C23C26/02
• 分類號: C23C26/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及熱作模具鋼的電火花強(qiáng)化層制備領(lǐng)域。

背景技術(shù)

模具是工業(yè)生產(chǎn)中的重要工藝裝備，在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。模具鋼主要分為：冷作模具鋼、熱作模具鋼和塑料模具鋼3大類。熱作模具鋼主要用于制造在高溫環(huán)境下工作的模具。在熱作模具鋼中，H13(4Cr5MoSiV1)鋼是最具有代表性的新型模具鋼，因具有優(yōu)異的性能，被廣泛用于制備熱擠壓成型模具等熱作模具，其主要失效形式為磨損、高溫氧化、腐蝕等，且這些缺陷大多從表面開始，如何提高其耐磨性、耐腐蝕等表面性能引起了研究人員的廣泛關(guān)注。

常用的模具表面強(qiáng)化方法有：化學(xué)熱處理、微弧氧化、離子注入、激光熔敷濕法電鍍、堆焊、物理氣象沉積法(PVD)、化學(xué)氣象沉積法(CVD)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）等。每種處理方法都存在工藝復(fù)雜、設(shè)備昂貴或者強(qiáng)化層質(zhì)量不高等缺陷。電火花表面強(qiáng)化技術(shù)作為電火花微細(xì)加工領(lǐng)域重要的延伸和拓展，因具有成本低、基體不變形，強(qiáng)化層耐磨耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，越來越多的被應(yīng)用在模具表面強(qiáng)化。傳統(tǒng)的電火花表面強(qiáng)化大都在有一定絕緣性能的液體介質(zhì)中進(jìn)行。盡管煤油被普遍認(rèn)為是適合于電火花成形加工的工作介質(zhì)，但是油類作為工作介質(zhì)在加工過程中存在很多缺點(diǎn)，不符合綠色制造的理念。水基工作液下電極的損耗較低，工件表面粗糙度較好，工作液對人體和環(huán)境無污染。但水基工作液存在易銹蝕機(jī)床、蝕除量少、加工效率低等缺陷。并且由于工作液的氣化及膨脹對熔化并轉(zhuǎn)移到工件表面的電極強(qiáng)化材料有很強(qiáng)的沖刷作用，不利于沉積層的形成。

H13鋼的電火花強(qiáng)化層制備技術(shù)，突破了以往單一介質(zhì)條件下僅依靠電極材料與基體材料反應(yīng)生成強(qiáng)化相的限制，利用準(zhǔn)干式介質(zhì)（氣液混合）中混入強(qiáng)化粉末材料，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化材料、電極材料在高溫下與基體材料進(jìn)行反應(yīng)，生成多相增強(qiáng)體，獲得對H13鋼更優(yōu)的強(qiáng)化效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決目前H13鋼的表面強(qiáng)化的問題，現(xiàn)采用電火花表面強(qiáng)化的方法，提出混粉準(zhǔn)干式條件下獲得高質(zhì)量強(qiáng)化層的加工參數(shù)，制備出高硬度、耐磨強(qiáng)化層，具有低能耗、低成本、高質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)。

為了到達(dá)上述目的本發(fā)明采用的方案如下。

1）制備混粉介質(zhì)。高壓去離子水霧中混入Al粉，Al粉粒度為55～80um，濃度為 20g/L。

2）對H13鋼基體進(jìn)行電火花強(qiáng)化加工。采用YG8電極，加工深度為0.1mm，放電電壓為120V，峰值電流分別選擇2.9A、8.2、14A、20.8A、30A，脈沖寬度為50us，脈沖間隔為50us。

3）不同電流下強(qiáng)化結(jié)果分析。隨著峰值電流的增加，強(qiáng)化層表面質(zhì)量越來越好，強(qiáng)化層顯微硬度值隨之增加，當(dāng)峰值電流達(dá)到14A時，已可獲得較好的強(qiáng)化層微觀組織形貌。

4）不同脈沖寬度參數(shù)下強(qiáng)化結(jié)果分析。采用峰值電流為14A時，脈沖間隔為50us，脈沖寬度分別選取30us、50us、80us、100us，放電電壓為120V，修整深度為0.1mm。脈沖寬度在30~50μs時，獲得的強(qiáng)化層組織形貌及力學(xué)性能效果最好，進(jìn)一步增加脈沖寬度值，強(qiáng)化層表面顯微硬度雖然有所增加，但強(qiáng)化層微觀組織內(nèi)出現(xiàn)大量空洞甚至裂紋，影響其使用。

5）不同脈沖間隔參數(shù)下強(qiáng)化結(jié)果分析。峰值電流為14A，脈沖寬度為50μs，脈沖間隔分別為50us、100us、150us、210us。放電電壓為120V，加工深度為0.1mm。當(dāng)脈沖間隔小于150μs時，脈沖間隔的變化對強(qiáng)化層組織極其表面顯微硬度沒有明顯的影響。達(dá)到150μs時強(qiáng)化層表面質(zhì)量下降。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：在混粉準(zhǔn)干式(霧狀工作介質(zhì)中混入Al粉末材料)介質(zhì)條件下對熱作模具鋼H13鋼進(jìn)行電火花強(qiáng)化，獲得強(qiáng)化工藝的最佳電參數(shù)，電流為14A，脈沖寬度為=30-50μ，脈沖間隔小于150μs，形成質(zhì)量較好的電火花強(qiáng)化層，平均顯微硬度達(dá)到800HV以上。該技術(shù)對加工條件要求不高、成本低、綠色、高效，且具有可處理復(fù)雜零件、處理溫度低、強(qiáng)化層質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明：圖1是該發(fā)明中，峰值電流14A，脈沖寬度50μs，脈沖間隔50us時強(qiáng)化層微觀組織形貌；圖2是該發(fā)明中，峰值電流14A，脈沖寬度50μs，脈沖間隔150us時強(qiáng)化層微觀組織形貌。

具體實(shí)施方式：

實(shí)例1：

1）制備混粉介質(zhì)。高壓去離子水霧中混入Al粉，為55～80um，濃度為 20g/L。