铝合金压铸模的焊合熔损现象及其预防措施
2017-02-23
压铸工艺中，型腔的充型时间一般为0.1s ，甚至更少，合金通过浇口的速度约40～60m/ s ，有的甚至高达200m/ s。金属凝固时的加压强度通常在40 ～120MPa 左右。在进行铝合金压铸时，压铸模具的工作表面温度一般可上升到500～600 ℃。对于制造一个小型铝合金零件，整个压铸- 凝固循环时间约3～6s ，大型铝合金零件也不超过90s。
在(zai)(zai)每(mei)个压(ya)(ya)铸(zhu)循环初期，模具(ju)(ju)(ju)型腔要承受炽热(re)熔融合金的急热(re)作用，工作表(biao)(biao)面(mian)会(hui)产(chan)生(sheng)压(ya)(ya)缩热(re)应(ying)力(li)(li)；压(ya)(ya)铸(zhu)结束后要在(zai)(zai)模具(ju)(ju)(ju)内喷润滑剂，进行急冷，因(yin)而(er)又(you)在(zai)(zai)其表(biao)(biao)面(mian)产(chan)生(sheng)拉应(ying)力(li)(li)。在(zai)(zai)这样的交变热(re)应(ying)力(li)(li)作用下(xia)，模具(ju)(ju)(ju)表(biao)(biao)面(mian)会(hui)产(chan)生(sheng)热(re)疲劳微(wei)裂(lie)(lie)纹，随(sui)着压(ya)(ya)铸(zhu)循环次数的增加，微(wei)裂(lie)(lie)纹急剧扩展，有的向心(xin)部扩展，形成龟裂(lie)(lie)纹。如果在(zai)(zai)裂(lie)(lie)纹周围(wei)同时伴随(sui)有熔融合金对(dui)模具(ju)(ju)(ju)型腔的冲刷及(ji)腐(fu)蚀，模具(ju)(ju)(ju)表(biao)(biao)面(mian)还(hai)会(hui)进一步损坏，最终(zhong)造成模具(ju)(ju)(ju)的早期开裂(lie)(lie)甚至报废(fei)。
1 铝合(he)金(jin)压(ya)铸模中的焊合(he)现象
在所有导致铝合(he)(he)金(jin)压(ya)(ya)铸模(mo)(mo)失效的主要原因(yin)中，模(mo)(mo)具(ju)表(biao)面(mian)(mian)发(fa)生(sheng)焊(han)合(he)(he)的问题开始渐(jian)渐(jian)得到关注。“焊(han)合(he)(he)”是压(ya)(ya)铸工业中的术(shu)语(yu)，它指的是模(mo)(mo)具(ju)与(yu)压(ya)(ya)铸合(he)(he)金(jin)之间(jian)的反应。模(mo)(mo)具(ju)表(biao)面(mian)(mian)一旦发(fa)生(sheng)焊(han)合(he)(he)，就会(hui)生(sheng)成复(fu)杂的Fe-Al 金(jin)属间(jian)化合(he)(he)物(wu)相(xiang)，并在下次压(ya)(ya)铸循环时(shi)在铸件表(biao)面(mian)(mian)造(zao)成缺陷。硬质的金(jin)属间(jian)相(xiang)还会(hui)在模(mo)(mo)具(ju)表(biao)面(mian)(mian)堆积，因(yin)此(ci)必(bi)须中断生(sheng)产并用抛(pao)光的方法除(chu)去焊(han)合(he)(he)生(sheng)成物(wu)，这(zhei)样会(hui)导致生(sheng)产时(shi)间(jian)的延长、劳动力的浪费，而且还会(hui)降低模(mo)(mo)具(ju)寿命。
通(tong)常按(an)照焊(han)(han)合(he)(he)(he)(he)形(xing)式的(de)(de)不同，可将“焊(han)(han)合(he)(he)(he)(he)”分为两种(zhong)(zhong)。第一种(zhong)(zhong)焊(han)(han)合(he)(he)(he)(he)形(xing)式称为“冲(chong)击焊(han)(han)合(he)(he)(he)(he)”，即(ji)焊(han)(han)合(he)(he)(he)(he)发生(sheng)(sheng)(sheng)在(zai)(zai)模(mo)(mo)具(ju)(ju)表(biao)(biao)(biao)面朝(chao)向型腔(qiang)的(de)(de)入(ru)口或内浇道(dao)处(chu)。这些(xie)(xie)区域在(zai)(zai)充型时(shi)一般都受到(dao)熔融金(jin)属(shu)流(liu)的(de)(de)猛(meng)烈冲(chong)击，表(biao)(biao)(biao)面温(wen)度(du)较(jiao)高，受到(dao)的(de)(de)压力(li)较(jiao)大，保护层(ceng)极易(yi)破坏，在(zai)(zai)压铸(zhu)合(he)(he)(he)(he)金(jin)的(de)(de)不断冲(chong)刷下(xia)模(mo)(mo)具(ju)(ju)保护层(ceng)失效并裸露出金(jin)属(shu)基体(ti)，合(he)(he)(he)(he)金(jin)便与基体(ti)材料发生(sheng)(sheng)(sheng)反应生(sheng)(sheng)(sheng)成复(fu)杂的(de)(de)金(jin)属(shu)间(jian)化合(he)(he)(he)(he)物相。金(jin)属(shu)间(jian)化合(he)(he)(he)(he)物较(jiao)硬不易(yi)变形(xing)，它(ta)在(zai)(zai)压铸(zhu)中的(de)(de)破裂脱落不仅会导致铸(zhu)件质量缺陷，同时(shi)会带(dai)走基体(ti)材料，并暴露新鲜表(biao)(biao)(biao)面，如此(ci)(ci)周而复(fu)始，焊(han)(han)合(he)(he)(he)(he)现象逐(zhu)渐(jian)加深，严重(zhong)时(shi)会导致模(mo)(mo)具(ju)(ju)表(biao)(biao)(biao)面受到(dao)腐(fu)蚀及模(mo)(mo)具(ju)(ju)材料熔损。因(yin)此(ci)(ci)，必须(xu)要在(zai)(zai)发生(sheng)(sheng)(sheng)焊(han)(han)合(he)(he)(he)(he)的(de)(de)早期进(jin)行及时(shi)清除并修补受损表(biao)(biao)(biao)面。第二种(zhong)(zhong)焊(han)(han)合(he)(he)(he)(he)形(xing)式称为“沉积焊(han)(han)合(he)(he)(he)(he)”，即(ji)焊(han)(han)合(he)(he)(he)(he)位置背向浇口或远离浇道(dao)。这些(xie)(xie)区域通(tong)常是表(biao)(biao)(biao)面处(chu)理或模(mo)(mo)具(ju)(ju)润滑剂不能达(da)到(dao)的(de)(de)地(di)方。因(yin)此(ci)(ci)它(ta)们的(de)(de)表(biao)(biao)(biao)面状态(tai)、温(wen)度(du)分布、受压状况与其(qi)他地(di)方不同。通(tong)常压铸(zhu)合(he)(he)(he)(he)金(jin)在(zai)(zai)到(dao)达(da)这些(xie)(xie)区域后温(wen)度(du)较(jiao)低(di)，其(qi)流(liu)动性也变差，容易(yi)最先凝固，炽(chi)热的(de)(de)半固态(tai)合(he)(he)(he)(he)金(jin)与模(mo)(mo)具(ju)(ju)表(biao)(biao)(biao)面接(jie)触时(shi)间(jian)变长，加上此(ci)(ci)处(chu)模(mo)(mo)具(ju)(ju)本身表(biao)(biao)(biao)面状态(tai)不很理想，因(yin)此(ci)(ci)容易(yi)形(xing)成FeAl 金(jin)属(shu)间(jian)化合(he)(he)(he)(he)物，在(zai)(zai)多次压铸(zhu)循环(huan)中，金(jin)属(shu)间(jian)化合(he)(he)(he)(he)物会在(zai)(zai)这些(xie)(xie)流(liu)动性较(jiao)差的(de)(de)区域逐(zhu)渐(jian)沉积，最后形(xing)成严重(zhong)的(de)(de)焊(han)(han)合(he)(he)(he)(he)，影(ying)响压铸(zhu)生(sheng)(sheng)(sheng)产。
虽然在铝合金(jin)压铸模(mo)的不同区域会发(fa)生(sheng)不同形式的焊合，但是发(fa)生(sheng)的焊合却具有一些普遍(bian)的共同特征——即(ji)模(mo)具表面焊合区域一般均呈现银(yin)白色(se)光泽(ze)。
焊合(he)(he)(he)(he)层的(de)组成(cheng)，往(wang)往(wang)是复杂的(de)Fe-Al 金(jin)属(shu)间(jian)化(hua)合(he)(he)(he)(he)物，而且由(you)于组成(cheng)该层的(de)金(jin)属(shu)间(jian)化(hua)合(he)(he)(he)(he)物较(jiao)薄，因此在(zai)分析上也有(you)一定(ding)的(de)困难。但是国外研究者Z.W.Chen 和D.T.Fraser 等利用X射线(xian)衍射对(dui)在(zai)熔融Al-11Si-3Cu 压铸铝(lv)合(he)(he)(he)(he)金(jin)中浸(jin)蘸H13 钢所(suo)生(sheng)成(cheng)的(de)金(jin)属(shu)间(jian)化(hua)合(he)(he)(he)(he)物结构进行了分析，他们(men)(men)认为，焊合(he)(he)(he)(he)层由(you)复合(he)(he)(he)(he)物层金(jin)属(shu)间(jian)化(hua)合(he)(he)(he)(he)物αbcc-( FeSiAlCrMnCu ) 、外层紧密(mi)层的(de)六方(fang)αH-(Fe2SiAl8) 金(jin)属(shu)间(jian)化(hua)合(he)(he)(he)(he)物以及(ji)内层紧密(mi)层斜方(fang)晶的(de)η-Fe2Al5 金(jin)属(shu)间(jian)化(hua)合(he)(he)(he)(he)物组成(cheng)。而他们(men)(men)拍摄(she)下(xia)的(de)Fe－Al界(jie)面组织与笔者所(suo)作的(de)“在(zai)ADC12 压铸铝(lv)合(he)(he)(he)(he)金(jin)中浸(jin)蘸H13 钢”试(shi)验得到的(de)Fe－Al 界(jie)面形貌十分相似。
金属(shu)间(jian)化合(he)物量非常(chang)少，焊合(he)表面(mian)层又极薄(bo)加上分(fen)析手段(duan)上的(de)限制，在目(mu)前(qian)阶段(duan)，国内(nei)外研究(jiu)者(zhe)都只能对(dui)其进行大(da)致的(de)定性分(fen)析。而对(dui)于焊合(he)层的(de)生成与发(fa)展规律，金属(shu)间(jian)化合(he)物的(de)定量分(fen)析将会是今后研究(jiu)者(zhe)工(gong)作的(de)重点。
2 铝合(he)金压铸模(mo)的熔(rong)损效应
在受(shou)到炽热的(de)合(he)(he)金(jin)熔体、半(ban)固态合(he)(he)金(jin)冲(chong)刷，并(bing)保持加压状态下工(gong)作(zuo)(zuo)的(de)铝合(he)(he)金(jin)压铸模(mo)在使用一段时间后，表(biao)面(mian)的(de)保护(hu)层(ceng)一般会形(xing)成网状微裂纹、龟裂甚(shen)至表(biao)面(mian)层(ceng)脱落(luo)。如果不对模(mo)具(ju)(ju)表(biao)面(mian)进(jin)行修复和(he)保养，则会发生更加严(yan)重的(de)所谓(wei)“熔损(sun)”效应。“熔损(sun)”指的(de)是模(mo)具(ju)(ju)在工(gong)作(zuo)(zuo)一段时间后，工(gong)作(zuo)(zuo)面(mian)受(shou)到严(yan)重侵(qin)蚀，使模(mo)具(ju)(ju)质(zhi)量(liang)变(bian)轻的(de)过(guo)程(cheng)。熔损(sun)是压铸合(he)(he)金(jin)对压铸模(mo)具(ju)(ju)的(de)一系列(lie)腐蚀、冲(chong)蚀、侵(qin)蚀及焊(han)合(he)(he)的(de)综合(he)(he)机械(xie)作(zuo)(zuo)用结果。
模(mo)具基体材料Fe在(zai)压铸铝合(he)金(jin)(jin)中的溶解(jie)过程又是一(yi)种Fe－Al 物(wu)(wu)理化学(xue)反(fan)应(ying)(ying)并生(sheng)(sheng)成复杂(za)金(jin)(jin)属(shu)(shu)间化合(he)物(wu)(wu)的过程。同时，基体中的各种合(he)金(jin)(jin)元素(su)也会参与到这一(yi)反(fan)应(ying)(ying)中，而所生(sheng)(sheng)成的金(jin)(jin)属(shu)(shu)间化合(he)物(wu)(wu)的物(wu)(wu)相(xiang)结构、反(fan)应(ying)(ying)机制等至今没有(you)(you)得(de)到明确解(jie)释，只(zhi)能对其进行大致(zhi)的定性分析。不过由于熔损(sun)(sun)反(fan)应(ying)(ying)与在(zai)模(mo)具表面早期发生(sheng)(sheng)的焊(han)合(he)有(you)(you)着许多(duo)共性，因(yin)此在(zai)发生(sheng)(sheng)熔损(sun)(sun)的区域，往(wang)往(wang)也能找到与焊(han)合(he)生(sheng)(sheng)成金(jin)(jin)属(shu)(shu)间化合(he)物(wu)(wu)相(xiang)类似的物(wu)(wu)质，笔(bi)者在(zai)对H13 钢浸蘸入ADC12 压铸铝合(he)金(jin)(jin)的试验中，部分试样(yang)发生(sheng)(sheng)了严(yan)重的熔损(sun)(sun)。
3 铝合(he)(he)金压铸模(mo)预防焊合(he)(he)、熔损的措施
作为铝合金压铸模(mo)(mo)，其整个(ge)系统一般(ban)价格昂贵，型腔(qiang)都比较(jiao)复杂(za)。因此分(fen)析模(mo)(mo)具失(shi)效的原因，采(cai)取相应的方法预(yu)防失(shi)效，以延长模(mo)(mo)具使用寿命，是(shi)模(mo)(mo)具工业一个(ge)相当重要的课题。
3.1 蒸汽氧化处理
蒸(zheng)汽(qi)(qi)处(chu)理(li)(li)(li)常应用(yong)于工具(ju)的表(biao)(biao)面处(chu)理(li)(li)(li)以及(ji)常规(gui)兵器的表(biao)(biao)面处(chu)理(li)(li)(li)，基本上都(dou)是起防锈作用(yong)。当其(qi)作为一(yi)种(zhong)有效的表(biao)(biao)面处(chu)理(li)(li)(li)工艺被(bei)运用(yong)于热(re)作模(mo)具(ju)钢(gang)时(shi)，我们发(fa)现(xian)它能在一(yi)定程度上提高模(mo)具(ju)的抗冷热(re)疲(pi)劳(lao)性(xing)能和抗熔融铝合金热(re)熔损性(xing)能[8 ] 。因为通过蒸(zheng)汽(qi)(qi)氧化处(chu)理(li)(li)(li)的钢(gang)铁(tie)材料在其(qi)表(biao)(biao)面可以生成一(yi)层具(ju)有保护作用(yong)的Fe3/O4薄膜，
Fe3O4是铁(tie)的(de)(de)(de)(de)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)中(zhong)(zhong)致(zhi)密度较高(gao)、结构(gou)较稳定的(de)(de)(de)(de)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)。蓝色(se)的(de)(de)(de)(de)Fe3O4具(ju)有耐(nai)高(gao)温、抗氧化(hua)(hua)(hua)(hua)、致(zhi)密、耐(nai)磨损(sun)、耐(nai)蚀、与(yu)基体(ti)(ti)结合强度好等优点。由于Fe3O4氧化(hua)(hua)(hua)(hua)膜的(de)(de)(de)(de)微观结构(gou)是粗糙且凹凸不(bu)平(ping)的(de)(de)(de)(de)，因此(ci)它还能存(cun)储(chu)一些冷却剂，在(zai)铸(zhu)件压铸(zhu)成形以后方便脱模(mo)(mo)(mo)(mo)，起到(dao)了(le)润滑的(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)，使(shi)模(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)表(biao)面(mian)不(bu)易产(chan)(chan)生(sheng)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)腐(fu)蚀沟槽，从而(er)减少诱发热(re)疲劳裂纹的(de)(de)(de)(de)因素(su)。而(er)且，紧实致(zhi)密的(de)(de)(de)(de)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)膜包围在(zai)模(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)上起到(dao)了(le)隔离炽热(re)熔融金(jin)属或高(gao)温液体(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)热(re)冲刷作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)，保(bao)(bao)护了(le)模(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)材料基体(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)完整(zheng)性，从而(er)提高(gao)了(le)模(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)的(de)(de)(de)(de)使(shi)用(yong)(yong)寿命(ming)。 在(zai)实际(ji)应用(yong)(yong)中(zhong)(zhong)，多数的(de)(de)(de)(de)模(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)生(sheng)产(chan)(chan)商也(ye)建议(yi)用(yong)(yong)户在(zai)使(shi)用(yong)(yong)热(re)作(zuo)(zuo)(zuo)模(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)之前进行(xing)轻微氧化(hua)(hua)(hua)(hua)，通常是在(zai)空(kong)气中(zhong)(zhong)加(jia)热(re)到(dao)500 ℃，保(bao)(bao)持1～2h ，在(zai)模(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)表(biao)面(mian)产(chan)(chan)生(sheng)1～10μm 的(de)(de)(de)(de)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)层(ceng)。而(er)一般在(zai)压铸(zhu)模(mo)(mo)(mo)(mo)试模(mo)(mo)(mo)(mo)时，有时也(ye)会在(zai)模(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)表(biao)面(mian)形成致(zhi)密的(de)(de)(de)(de)黑色(se)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)层(ceng)，此(ci)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)层(ceng)主要由富含C、Si 、S 的(de)(de)(de)(de)Fe[html]3O[html]4构(gou)成。同(tong)样能够(gou)起到(dao)保(bao)(bao)护模(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)表(biao)面(mian)并(bing)延(yan)长使(shi)用(yong)(yong)寿命(ming)的(de)(de)(de)(de)积极(ji)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong) 。
3.2 离子渗(shen)氮
在(zai)模具(ju)(ju)(ju)(ju)表面进(jin)行离(li)子渗(shen)氮可以生成连(lian)续的(de)氮化物层(白亮层) ，这对提(ti)高模具(ju)(ju)(ju)(ju)的(de)抗焊合(he)、抗热熔损、抗侵蚀能(neng)(neng)力都(dou)是非(fei)常有益的(de)，同时(shi)也(ye)会使得(de)模具(ju)(ju)(ju)(ju)表面的(de)耐磨性能(neng)(neng)有所提(ti)高[7 ] 。离(li)子渗(shen)氮除具(ju)(ju)(ju)(ju)有普(pu)通(tong)渗(shen)氮的(de)优(you)点之外，还有渗(shen)氮速度(du)快(是气体渗(shen)氮的(de)2～3 倍) 、氮化组(zu)织容易调整控制、处理温(wen)度(du)低、热变形小、处理后表面状态(tai)好、节(jie)能(neng)(neng)及无公害等优(you)点。
氮(dan)(dan)化层(ceng)比氧化层(ceng)更厚更致密，更耐铝合金(jin)冲蚀，对保(bao)护模(mo)具表面可以起到(dao)积极作用。但是，考(kao)虑到(dao)模(mo)具的(de)热疲(pi)劳性能，氮(dan)(dan)化层(ceng)由于较硬(ying)，容(rong)易形成(cheng)(cheng)热疲(pi)劳裂纹。而(er)一(yi)旦形成(cheng)(cheng)微(wei)裂纹后的(de)氮(dan)(dan)化层(ceng)在抗熔(rong)融铝合金(jin)焊合与(yu)熔(rong)损上(shang)的(de)效果(guo)(guo)则会变(bian)差。因此如(ru)果(guo)(guo)解决(jue)好模(mo)具氮(dan)(dan)化层(ceng)上(shang)的(de)热疲(pi)劳问题，渗氮(dan)(dan)将会是一(yi)个十(shi)分优秀的(de)压铸模(mo)表面处(chu)理工艺(yi)。
3.3 PVD、CVD 表面(mian)镀覆(fu)
物(wu)理气相沉积技术(PVD) ，由于(yu)处理温度低，畸变(bian)小，无公害，容易获得超(chao)硬层(ceng)，涂层(ceng)均匀等特点，已经广泛应(ying)用(yong)于(yu)精密模具表(biao)面强化处理，显示(shi)出良好的应(ying)用(yong)效果。PVD 处理是将(jiang)具有特殊性(xing)能的稳(wen)定化合物(wu)TiN、Ti (C ，N) 、SiN、(Ti ，Si) N 等沉积在金(jin)属表(biao)面，形(xing)成(cheng)一层(ceng)超(chao)硬覆盖膜，经PVD 处理获得的TiN 层(ceng)的塑料模，其使用(yong)寿命(ming)提高(gao)3～9 倍(bei)，金(jin)属压力加工工具寿命(ming)提高(gao)3～5 倍(bei)。
化(hua)学气相沉积(ji)(ji)技术(CVD) ，沉积(ji)(ji)物(wu)由引入高(gao)温沉积(ji)(ji)区(qu)的气体(ti)离解所产(chan)生。CVD 处理的模(mo)具(ju)形状不(bu)受任何限制。CVD 可以(yi)在(zai)含碳(tan)量大(da)于018 %的工(gong)具(ju)钢(gang)(gang)、渗碳(tan)钢(gang)(gang)、高(gao)速钢(gang)(gang)、轴承钢(gang)(gang)、铸铁(tie)以(yi)及(ji)硬质合金等(deng)(deng)表(biao)面(mian)上进行。气相沉积(ji)(ji)TiC、TiN 能(neng)应(ying)用于挤压(ya)模(mo)、落料(liao)(liao)模(mo)和弯(wan)曲模(mo)，也适(shi)用于粉末成(cheng)型模(mo)和塑(su)料(liao)(liao)模(mo)等(deng)(deng)。在(zai)金属模(mo)具(ju)上涂覆(fu)TiC、TiN 覆(fu)层的工(gong)艺(yi)， 其覆(fu)层硬度高(gao)达3000HV ，且耐磨性好、抗(kang)摩(mo)擦性能(neng)提(ti)高(gao)、冲(chong)模(mo)的使(shi)用寿命可提(ti)高(gao)1～4 倍。、
3.4 渗硼处理
渗硼(peng)处(chu)理在模具(ju)(ju)表(biao)面形成的硼(peng)化(hua)物(wu)，具(ju)(ju)有高硬度、高耐磨、好的抗氧化(hua)性(xing)和(he)耐腐蚀(shi)性(xing)。D.N.Tsipas 等(deng)的研究发(fa)现(xian):在低碳(tan)钢(gang)和(he)高合金钢(gang)上进行(xing)粉末渗硼(peng)，渗硼(peng)层能明显提高耐630 ℃铝液(ye)和(he)500 ℃锌液(ye)的侵(qin)蚀(shi)。
笔者在进行(xing)铝合(he)(he)金(jin)(jin)压(ya)(ya)铸(zhu)模具钢的抗熔(rong)损及(ji)焊合(he)(he)的研究中(zhong)使(shi)用了渗(shen)(shen)(shen)硼(peng)方(fang)法，试验发现渗(shen)(shen)(shen)硼(peng)层的高硬度(du)和良好(hao)的热(re)稳(wen)定性，能(neng)改变热(re)疲劳(lao)裂(lie)纹的萌生及(ji)扩(kuo)展(zhan)的方(fang)式，从而改变热(re)疲劳(lao)裂(lie)纹的形貌。因此在不损失铝合(he)(he)金(jin)(jin)压(ya)(ya)铸(zhu)模热(re)疲劳(lao)性能(neng)的基础上，对(dui)其(qi)进行(xing)渗(shen)(shen)(shen)硼(peng)处理，可显着(zhe)提(ti)高其(qi)抗熔(rong)损、焊合(he)(he)性能(neng)。但由于(yu)普通的高温(wen)(wen)(900 ℃左右) 渗(shen)(shen)(shen)硼(peng)后还需进行(xing)高温(wen)(wen)淬(cui)火+ 回(hui)火处理，对(dui)大型铝合(he)(he)金(jin)(jin)压(ya)(ya)铸(zhu)模不太(tai)实际，如果能(neng)够(gou)在渗(shen)(shen)(shen)硼(peng)的工艺上寻求突(tu)破，降低到中(zhong)温(wen)(wen)甚(shen)至低温(wen)(wen)(如550 ℃以下)渗(shen)(shen)(shen)硼(peng)，那么对(dui)于(yu)铝合(he)(he)金(jin)(jin)压(ya)(ya)铸(zhu)模而言(yan)，无疑又(you)多了一种经济可靠并且性能(neng)优良的表面(mian)处理工艺。
3.5 喷涂润滑剂(ji)
在铝合(he)金压(ya)铸(zhu)(zhu)模(mo)工作(zuo)的压(ya)铸(zhu)(zhu)循环(huan)中，在进行压(ya)铸(zhu)(zhu)前和一(yi)个压(ya)铸(zhu)(zhu)循环(huan)结束后开(kai)始准(zhun)备下次压(ya)铸(zhu)(zhu)时，都要在模(mo)具(ju)型(xing)腔表面(mian)喷涂润(run)滑剂，这(zhei)样做的目的主要是(shi): ①润(run)滑剂可在模(mo)具(ju)表面(mian)形(xing)成一(yi)个薄层作(zuo)为铸(zhu)(zhu)件(jian)合(he)金和模(mo)具(ju)之(zhi)间的阻(zu)隔； ②降低模(mo)具(ju)温度； ③作(zuo)为铸(zhu)(zhu)件(jian)弹(dan)出(chu)时的脱膜剂。
研究发(fa)现(xian)在压铸(zhu)模(mo)(mo)具(ju)表(biao)面(mian)喷(pen)涂水(shui)基润(run)(run)滑剂约4s后可以(yi)吸收(shou)模(mo)(mo)具(ju)中总热(re)(re)(re)量的(de)(de)30 %左右。而且，试验还表(biao)明，在热(re)(re)(re)的(de)(de)模(mo)(mo)具(ju)表(biao)面(mian)喷(pen)涂润(run)(run)滑剂时会产(chan)生(热(re)(re)(re)力(li)学(xue)中的(de)(de)) 莱顿弗罗斯特现(xian)象，即液体不(bu)会润(run)(run)湿炽热(re)(re)(re)的(de)(de)表(biao)面(mian)而仅(jin)仅(jin)在其上(shang)形(xing)成一个(ge)蒸汽层(ceng)[2 ] 。这个(ge)蒸汽层(ceng)能在压铸(zhu)中隔绝炽热(re)(re)(re)熔(rong)融合金与模(mo)(mo)具(ju)表(biao)面(mian)的(de)(de)直(zhi)接(jie)接(jie)触，从而起到保护模(mo)(mo)具(ju)基体不(bu)受焊合、熔(rong)损的(de)(de)作用。
润滑剂(ji)的(de)化学成(cheng)分(fen)(fen)、喷(pen)涂角度、喷(pen)涂距(ju)离和喷(pen)涂时间(jian)对在(zai)模(mo)具表(biao)(biao)面形成(cheng)保护膜有至(zhi)关重要的(de)影响。文(wen)献中显(xian)示，含(han)聚(ju)(ju)丙烯成(cheng)分(fen)(fen)的(de)润滑剂(ji)比含(han)聚(ju)(ju)乙烯成(cheng)分(fen)(fen)的(de)润滑剂(ji)在(zai)降(jiang)低模(mo)具表(biao)(biao)面温度及防止焊合、熔(rong)损效果(guo)上更为出色。
4 结论
由于铝与铁有强烈的(de)亲(qin)合力，在(zai)铝合金压(ya)铸(zhu)模(mo)的(de)使用(yong)中会发(fa)(fa)生(sheng)(sheng)复杂(za)的(de)Fe2Al 反应，生(sheng)(sheng)成硬的(de)金属(shu)间化合物焊合层，严重的(de)还会引起模(mo)具熔损(sun)。实际生(sheng)(sheng)产显示，对模(mo)具进行适当的(de)表面处(chu)理(li)和压(ya)铸(zhu)循环中喷涂模(mo)具润滑剂将对模(mo)具发(fa)(fa)生(sheng)(sheng)焊合、熔损(sun)现(xian)象(xiang)起到积极的(de)预防作用(yong)。
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