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不锈钢焊管模具表面超硬化处理技术
添加时间:2020-4-21

不锈钢焊管模具表面超硬化处理技术

 

一、扩散法金属碳化物覆层技术介绍

1、 技术简介

扩散法金属碳化物覆层技术是将工件置于特种介质中,经扩散作用于工件表面形成一层数微米至数十微米的金属碳化物层。该碳化物层具有极高的硬度,HV可达1600~3000(由碳化物种类决定),此外,该碳化物履层与基体冶金结合,不影响工件表面光洁度,具有极高的耐磨、抗咬合(粘结)、耐蚀等性能,可大幅度提高工模具及机械零件的使用寿命。

2、 与相关技术的比较

通过在工件表面形成超硬化合物膜层的方法,是大幅度提高其耐磨、抗咬合(抗粘结)、耐蚀等性能,从而大幅度提高其使用寿命的有效而经济的方法。目前,工件表面超硬化处理方法主要有物理气相沉积(PVD),化学气相沉积(CVD),物理化学气相沉积(PCVD),扩散法金属碳化物履层技术,其中,PVD法具有沉积温度低,工件变形小的优点,但由于膜层与基体的结合力较差,工艺绕镀性不好,往往难以发挥超硬化合物膜层的性能优势。CVD法具有膜基结合力好,工艺绕镀性好等突出优点,但对于大量的钢铁材料而言,其后续基体硬化处理比较麻烦,稍有不慎,膜层就易破坏。因此其应用主要集中在硬质合金等材料上。PCVD法沉积温度低,膜基结合力及工艺绕镀性均较PVD法有较大改进,但与扩散法相比,膜基结合力仍有较大差距,此外由于PCVD法仍为等离子体成膜,虽然绕镀性较PVD法有所改善,但无法消除。

由扩散法金属碳化物覆层技术形成的金属碳化物覆层,与基体形成冶金结合,具有PVD、PCVD无法比拟的膜基结合力,因此该技术真正能够发挥超硬膜层的性能优势,此外,该技术不存在绕镀性问题,后续基体硬化处理方便,并可多次重复处理,使该技术的适用性更为广泛。

3、 技术优势

扩散法金属碳化物覆层技术在日本、欧洲各国、澳大利亚、韩国等国应用广泛。据调查,许多进口设备上的配套模具大量地使用了该技术,这些模具在进行国产化时,由于缺乏相应的成熟技术,往往使模具寿命低,有些甚至无法国产化。

该技术国内七十年代就有人研究过,但由于各方面条件的限制,工艺及设备往往难以经过批量和长期生产的考验,使该技术中的一些实际存在的问题不易暴露或难以解决,往往半途而废。我们在十多年的研究与应用的过程中,对该技术存在的工艺、设备上的实际问题进行了深入的研究,并进行了有效的改进,经改进后的工艺及成套设备已能够满足长期稳定生产的要求,所处理的模具寿命水平达到进口同类模具寿命水平,取得了丰富的各类模具实际应用的生产经验,为大规模推广应用该技术奠定了坚实的技术基础。

4、 适用范围

扩散法金属碳化物覆层技术可以广泛应用于各类因磨损、咬合而引起失效的工模具或机械零件。其中,因磨损而引起的失效(如冲裁,冷镦,粉末成型等模具)可提高寿命数倍至数十倍;因咬合而引起的产品或模具的拉伤问题(如引伸模,翻边模等),可以从根本上予以解决。

适用材料:模具钢,含碳量大于0.3%的结构钢,铸铁,硬质合金。

二、不锈钢焊管模具表面超硬化处理技术

不锈钢焊管是在焊管成型机上,由不锈钢板经若干道模具碾压成型并经焊接而成。由于不锈钢的强度较高,且其结构为面心立方晶格,易形成加工硬化,使焊管成型时:一方面模具要承受较大的摩擦力,使模具容易磨损;另一方面,不锈钢板料易与模具表面形成粘结(咬合),使焊管及模具表面形成拉伤。因此,好的不锈钢成型模具必须具备极高的耐磨和抗粘结(咬合)性能。我们对进口焊管模具的分析表明,该类模具的表面处理都是采用超硬金属碳化物或氮化物覆层处理。

不锈钢焊管成型模具材料一般是由高碳高铬的Cr12MoV(或SRD11,D2,DC53)制成。目前国内普遍采用如下工艺流程制作模具:下料→粗加工→热处理(高温淬火加高温回火)→精加工→氮化→成品(注:为节省成本,一般生产厂家现在都省去了锻造与球化退火两道耗时,费财工序)。

由于Cr12MoV类材料属于高碳高铬合金钢,其原始组织存在很大的成份偏析(这种偏析即使一般的锻造也无法消除)。这样经过热处理(高淬高回)的模具内部组织极不均匀,宏观表现为硬度极不均匀(HRC四十几至六十左右),再经氮化处理,模具表面不均匀性无法消除,基体硬度甚至进一步降低,实际使用时,表现为模具及焊管表面均易拉伤,模具寿命低。 

 

模具表面超硬化处理技术已成功应用于不锈钢焊管成型模具上。经该技术处理的模具在其表面形成硬度高达HV3000左右的金属碳化物层,该碳化物层致密,与基体结合紧密,不影响工件的表面光洁度,具有极高的耐磨,抗咬合性能,可从根本上解决焊管的拉毛问题,减少制管后续抛光工序的工作量并提高产品质量,大幅度提高模具使用寿命,减少售后服务工作量。实践表明,该技术具有极高的使用价值。以下是该工艺处理模具与氮化处理模具的有关比较。 

 

1、 性能:  

  氮化模具 本工艺处理模具  

  表面硬度:HV700~1000左右 HV3000左右  

  基体硬度:极不均匀 HRC58~62  

  HRC40~60 

 

2、 工艺流程: 

 

氮化模具:下料→粗加工→热处理(高淬高回)→精加工→氮化→成品  

本工艺处理模具:下料→全部加工到位(无须热处理)→本工艺处理(基体硬化与表面处理一次完成)。→磨内孔→成品 

 

由工艺流程可看出,采用本工艺可缩短模具的加工周期。 

 

3、 使用效果: 

 

本工艺处理的模具较氮化模具可从根本上解决焊管的拉毛,从而减少焊管后续抛光工序的工作量并提高产品质量(因大量抛光而使管壁减簿),大幅度提高模具使用寿命,减少售后服务工作量。 

 

由湖南特普电子有限公司开发的模具表面超硬化处理技术,在实际生产当中得到较广泛的应用,并受到客户的好评,由此工艺处理的模具寿命较传统工艺如氮化有较大幅度的提高,在某些模具性能方面超过国外水平,而价格仅是国外同等的1/4~1/10。 

 

经本工艺处理的模具有轧辊,冲头,彩管系列冷作模具,标准件模具,叶蜡石模具,铜铝型材挤压模具等,使客户产生了很高的效益,使模具的性价比得到质的提高。