模具钢|热处理对dac55压铸模具性能的影响
由于质量轻,耐蚀性、延展性和成形性 好等优点，铝合金成为了有色金属行业最常见的产品之一 。市场上所需各种铝合金产品的制备,离不开铝合金压铸模具.如果没有质量优良的压铸模具,就没有高质量的铝合金产品.因此,铝合金压铸模具的使用性能十分重要.如何提高铝合金压铸 模具的性能,成为铝合金产品制造领域的一个重 要技术课题,引起了业界技术工程师和研发人 员的高度重视.随着有色金属行业的发展和对铝合金产品性能要求的不断提高,铝合金压铸模具的抗热疲劳性能、耐高温磨损性能等难以满足要求,国内外利用热处理来提高铝合金压铸模具使用性能 的研究较多。 本文采用不同的热处理工艺对 dac 55 汽 车用 铝合金压铸模具进行热处理,研究了热处理工艺对 dac 55 铝 合金压铸模具的高温硬度、耐高温磨损性能和抗热疲劳性能的影响 。
1 实验材料与方法
以 dac 55 钢 制 作的铝合金压铸模具为研究对象 ， 其化学成分列于表 1 。
表 1 试样的化学成分 w(%)
tab.1 chemical composition of the samples
采用摩擦磨损试验机对试样的高温磨损性能进行测试 。 测试温度分别为 200 ℃ 和 500 ℃ 。 磨 轮转速为 2 000 r/min 、 磨 损 载荷 为 20 n 、 相 对 滑动 速度为100 mm/min 、 摩 擦 总转数为 2 000 r 、 冷 却 液为 0.5%重铬酸钾水溶液 。
采用箱式电阻炉对试样的抗热疲劳性能进行测试 。 首先 ， 将各试样表面磨平 、 抛光 ， 并用酒精清洗后吹干 ， 并将其放入(105 ±3) ℃ 烘箱 中预热 30 min 。 随后 ， 将试样放入(500 ±3) ℃ 电阻炉中保温 3 min ， 再快速取出 ， 再放入(25 ±3) ℃ 恒温水中保持 3 s 。 如 此循环重复 1 000 次后 ， 用 金相显微镜观察试样感应中心位置处的裂纹
2 实验结果和讨论
2.1 高温硬度
表 2 为试样的高温表面硬度测试结果 。 可以看出 ， 热处理可以提高 dac 55 铝 合金压铸模具的表面硬度 。 与未进行热处理的试样 1 相 比 ， 采用分级淬火和(600 ±10) ℃ 二次回火工艺的试样 5 的 高温表面硬度最大 ， 其 200 ℃ 表 面 硬度从 46.3 hrc 增 加 至62.6 hrc 。 500 ℃ 表 面 硬 度 从 43.4 hrc 增 加 至62.4 hrc 。 这主要是因为分级淬火和二次回火能更好改善压铸模具的组织 ， 提高模具的高温表面硬度 。另外 ， 试样 5 随机 5 个点 的表面硬度值差异最小 ， 即表面硬度的均一性最好 。
图 3 为 淬火温度对压铸模具高温硬度的影响 。可以看出 ， 在其他热处理工艺参数相同的情况下 ， 随着淬火温度的升高 ， 试样的表面硬度均呈现出先增大后降低的趋势 。 这主要是因为淬火温度过高或过低 ， 都不利于改善压铸模具内部组织 ， 从而不利于提高模具的表面硬度 。
表 2 试样的高温表面硬度值
tab.2 surface hardness of the samples
图 3 淬火温度对高温表面硬度的影响
fig.3 effect of quenching temperature on
surface hardness of the samples at high temperature
图 4 为回 火温度对压铸模具高温硬度的影响 。可以看出 ， 在其他热处理工艺参数相同的情况下 ， 随着回火温度的升高 ， 试样的表面硬度均先增大后减小 。 这主要是因为回火温度过高或过低 ， 都不利于更好的改善压铸模具组织 ， 不能起到很好的热处理强化效果 。
图 4 回火温度对高温表面硬度的影响
fig.4 effect of tempering temperature on
surface hardness of the samples at high temperature
图 5 试样的高温磨损性能测试结果
fig.5 test results of wearing resistance at
high temperature for the samples
2.2 高温磨损性能
图 5 为试样的高温磨损性能测试结果 。 可以看出 ， 试样 1 的 磨 损体积最大 ， 经热处理后的 dac55铝合金压铸模具试样的磨损体积均降低 ， 尤其是采用分级淬火和(600 ±10) ℃ 二次回火工艺的试样 5 ， 其磨损体积最小 。 200 ℃ 条件下磨损体积从 280 ×10-3mm3
减小至 11 ×10-3 mm3 ， 减小了 96.07% 。 500 ℃ 条件下磨损体积从 347 ×10-3 mm3 减小至 26 ×10-3 mm3 ， 减小了92.51% 。 此外 ， 随 着淬火温度从 990 ℃ ±10 ℃ 增 加至 1 050 ℃ ±10 ℃ 或 者 回火温度从 560 ℃ ±10 ℃ 增加 至 640 ℃ ±10 ℃ ， dac55 铝 合金压铸模具的磨损体积均呈现出先增大后减小的趋势 ， 即 dac55 铝合金压铸模具的耐高温磨损性能先提高后降低 。 这与试样的表面硬度测试结果一致。
2.3 抗热疲劳性能测试结果及讨论
图 6 为试样表面的热疲劳裂纹形貌。 可以看出 ，与未经热处理的试样 1 相比， 热处理后的模具经过上述温度的 1 000 次循环后表面热疲劳裂纹均有变细 ， 尤其是采用分级淬火和 (600±10) ℃ 二 次 回火工艺 的 试样 5， 其热疲劳裂纹细化最为明显 。 可见 ， 从提高 dac55 铝 合金压铸模具抗热疲劳性能的角度出发， 其优选的热处理工艺为试样 5 所采用的工艺 。
3 结论
适当 的热处理工艺 ， 有利于提高 dac55 铝合金压铸模具的高温硬度、耐高温磨损性能和抗热疲劳性能。 与未进行热处理相比， 分级淬火和（600±10） ℃二次回火可使 dac55 铝合金压铸模具的 200 ℃ 表面硬 度增加 16.3 hrc、500 ℃ 表 面 硬度增加 19 hrc、200 ℃ 磨 损 体积减小 96.07%、500 ℃ 磨 损 体积减小92.51%、 热 疲劳裂纹明显变细 。 为提高耐高温磨损性能和抗热疲劳性能 ， dac55 铝 合金压铸模具的淬火工艺优选为：（1 020±10）℃×1 h 后 （1 000±10）℃×1 h的分级淬火， 回火工艺优选为（600±10）℃×4 h 二次回火。