一种增强模具钢表面摩擦与热疲劳性能的表面处理方法技术

本发明专利技术公开了一种增强模具钢表面摩擦与热疲劳性能的表面处理方法，包括如下步骤：步骤一、将模具钢试件的待加工面进行打磨，使所述模具钢试件的表面粗糙度达到0.6

【技术实现步骤摘要】
一种增强模具钢表面摩擦与热疲劳性能的表面处理方法


[0001]本专利技术属于模具钢表面强化处理
，特别涉及一种增强模具钢表面摩擦与热疲劳性能的表面处理方法。

技术介绍

[0002]模具在工业生产中面临着复杂多样的实际工况，强化模具的表面性能有助于延长模具使用寿命，减少表面失效行为导致的经济损失。在使用模具加工过程中，模具钢表面直接面对最恶劣的工况，所以改善模具钢表面的失效行为是模具制造的关键点之一。
[0003]高能离子注渗是在高温环境下处理工件，在高温环境下将新的物质引入待加工工件的表面或者在工件表面形成新的功能涂层。在高温环境下引入的物质被赋予了较高能量然后经入材料基体或者在基体上结合生长形成刚性的连接，这两种原理都可以使材料表面性能获得提升进而保护材料基体，在其服役环境下可以获得较长的使用寿命减少经济损失。
[0004]超声表面滚压是一种加工精度高，有效细化材料表层晶粒的表面处理工艺，可以有效提高材料表面的疲劳强度，防止材料表面的裂纹萌生与扩展，提高了疲劳寿命。表面晶粒在高频压力的作用下发生了明显的细化，晶界增多，材料表面的高频微变形使得非平衡缺陷增加，表面活化能也随之降低促进活化离子进入材料的缺陷处，提供了稳定的存在位置，在复杂条件下可以更好的避免元素流失。
[0005]模具钢服役时在高温高压的环境下经历了多次的往复冲击、冷热交替行为，表面接触摩擦、抗热疲劳性能接受了较大的考验，提升这些性能本专利技术的主要目标。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种增强模具钢表面摩擦与热疲劳性能的表面处理方法，其采用超声表面滚压后进行高能离子注渗热加工合金化复合处理的方法，能够改善模具钢表面在摩擦磨损以及热疲劳性能的失效行为。
[0007]本专利技术提供的技术方案为：
[0008]一种增强模具钢表面摩擦与热疲劳性能的表面处理方法，包括如下步骤：
[0009]步骤一、将模具钢试件的待加工面进行打磨，使所述模具钢试件的表面粗糙度达到0.6
‑
0.8Ra，对所述模具钢试件进行清洗；
[0010]步骤二、将模具钢试件固定于机床的夹具上，滚压头固定在机床的刀具架上，使模具钢试件的待加工面与超声表面滚压装置的加工方向垂直，并在所述待加工面涂抹润滑油；开启所述超声表面滚压装置对所述待加工面进行滚压处理；
[0011]步骤三、将所述模具钢试件悬挂于真空注渗炉内，并与真空注渗炉的阴极相连；将注渗粉材置于真空注渗炉的源极，对所述模具钢试件进行高能离子注渗热处理；
[0012]其中，所述真空注渗炉内的气体环境为氩气。
[0013]优选的是，在所述步骤一中，使用无水乙醇对所述模具钢试件在超声清洗机中清
洗3分钟。
[0014]优选的是，在所述步骤二中，所述待加工面进行滚压处理时，超声表面滚压装置滚压头的静压力为400N，超声表面滚压装置的输入频率为20KHz，振幅为7.5μm。
[0015]优选的是，在所述步骤二中，对所述待加工面进行滚压处理时，所述模具钢试件的旋转速度为80r/min，滚压头进给速度为0.1
‑
0.17mm/r。
[0016]优选的是，在所述步骤三中，对所述模具钢试件进行高能离子注渗热处理时，真空注渗炉的内温度为400
‑
450℃，压力环境为10Pa，电压为1000V。
[0017]优选的是，在所述步骤三中，对所述模具钢试件进行高能离子注渗热处理时，在400
‑
450℃下保温时间为24h。
[0018]优选的是，所述注渗粉材采用氮化硅粉材。
[0019]优选的是，在所述步骤三之前，还包括对滚压处理后的模具钢试件进行清洗。
[0020]本专利技术的有益效果是：
[0021]本专利技术提供的增强模具钢表面摩擦与热疲劳性能的表面处理方法，采用超声表面滚压后进行高能离子注渗热加工合金化复合处理技术，能够改善模具钢表面在摩擦磨损以及热疲劳性能的失效行为。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例1和对比例1的强化机制示意图。
[0023]图2a为本专利技术实施例1的截面金相图。
[0024]图2b为本专利技术对比例1的截面金相图。
[0025]图3为本专利技术实施例1、对比例1和对比例2的截面硬度分布图。
[0026]图4为本专利技术实施例1、对比例1和对比例2的磨损量对比图。
[0027]图5a为本专利技术实施例1的表面热裂纹形貌图。
[0028]图5b为本专利技术对比例1的表面热裂纹形貌图。
[0029]图6a为本专利技术实施例1的热疲劳后表面eds图。
[0030]图6b为本专利技术对比例1的热疲劳后表面eds图。
具体实施方式
[0031]下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
[0032]本专利技术提供了一种增强模具钢表面摩擦与热疲劳性能的表面处理方法，用于对模具钢表面摩擦磨损及热疲劳性能进行强化，实施过程如下。
[0033](1)样品表面滚压冷加工之前的处理
[0034]将模具钢试件固定于磨床上，对所述模具钢试件的待加工面打磨至平整，再采用砂纸细磨，使预处理表面粗糙度达到0.6
‑
0.8Ra，然后对模具钢试件进行清洗，排除打磨颗粒对模具钢试件的表面的影响。
[0035]作为一种优选，对所述模具钢试件进行清洗的方法为：使用无水乙醇在超声清洗机中清洗3分钟。
[0036](2)超声表面滚压冷加工处理
[0037]将模具钢试件固定于卧式机床的夹具上，滚压头固定在所述卧式机床的刀具架上，使模具钢试件的待加工面与超声表面滚压装置的加工方向垂直，并在所述待加工面上涂抹润滑油后，对所述夹持模具钢试件进行超声表面滚压处理。
[0038]其中，超声表面滚压处理时，设定超声表面滚压装置的静压力为400N，超声表面滚压装置的输入频率为20KHz，振幅为7.5μm；并且设置机床主轴旋转速度为80r/min，使固定在机床主轴夹具上的模具钢以同样速度匀速旋转，滚压头的进给速度为0.1～0.17mm/r。
[0039](3)高能离子注渗热处理
[0040]将超声表面滚压处理后的模具钢试件使用无水乙醇在超声清洗机中清洗3分钟后，对模具钢试件表面打孔悬挂于真空注渗炉内，并与真空注渗炉的阴极相连，使得电离离子可以垂直射入模具钢试件表面；将注渗粉材置于真空注渗炉的源极；调整注渗炉内温度为400
‑
450℃，压力环境为10Pa，电压设置为1000V；其中，真空注渗炉内的气体环境为氩气。
[0041]为了使模具钢表面获得厚度均匀的注渗层，防止注渗元素发生局部聚集和不足，采用活性网格屏作为辅助阴极。针对不同的注渗元素，通过调节网格大小以及距离阴极的距离来调试到最佳的注渗参数。注渗元素需要经过活性屏射入模具钢表面，其表面细小的网格结构有效控制单位面积内本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增强模具钢表面摩擦与热疲劳性能的表面处理方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、将模具钢试件的待加工面进行打磨，使所述模具钢试件的表面粗糙度达到0.6
‑
0.8Ra，对所述模具钢试件进行清洗；步骤二、将模具钢试件固定于机床的夹具上，滚压头固定在机床的刀具架上，使模具钢试件的待加工面与超声表面滚压装置的加工方向垂直，并在所述待加工面涂抹润滑油；开启所述超声表面滚压装置对所述待加工面进行滚压处理；步骤三、将所述模具钢试件悬挂于真空注渗炉内，并与真空注渗炉的阴极相连；将注渗粉材置于真空注渗炉的源极，对所述模具钢试件进行高能离子注渗热处理；其中，所述真空注渗炉内的气体环境为氩气。2.根据权利要求1所述的增强模具钢表面摩擦与热疲劳性能的表面处理方法，其特征在于，在所述步骤一中，使用无水乙醇对所述模具钢试件在超声清洗机中清洗3分钟。3.根据权利要求2所述的增强模具钢表面摩擦与热疲劳性能的表面处理方法，其特征在于，在所述步骤二中，所述待加工面进行滚压处理时，超声表面滚压装置滚压头的静压力为400N，超声表面滚压装置的输入频率为20KHz，振...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡春华，魏逸豪，季星皓，胡豪，贾超宇，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：