铸造模具及其表面处理方法技术

一种铸造模具（１２），其由钢材料制成，其中，型腔表面的压缩残余应力大于１０００ＭＰａ，最大高度（Ｒｙ）不大于１６μｍ，并且在所述型腔表面的表面层上设有渗氮层（３２）。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及一种铸造模具及其表面处理方法。具体地，本专利技术涉及这样一种铸造模具及其表面处理方法，该铸造模具由于较长的使用寿命而可尽可能低地减少替换频率，并且由此可降低铸件的生产成本。
技术介绍
当通过铸造操作来制造铸件(例如，由铝制成的元件)时，将熔融金属铝供应至铸造模具中。因为熔融金属具有较高的温度，所以通常采用在高温下具有优良强度特性的材料SKD61(用于合金工具钢的日本工业标准)作为用于铸造模具的材料。当在铸造模具中出现热裂纹和/或切屑(chipping)时，难以获得预定尺寸精度的铝制件。即，铝制件的成品率不利地降低。用新的铸造模具来代替其中出现了热裂纹和/或切屑的铸造模具。然而，如果替换频率增加，则铝制件的生产成本就变得昂贵，这是因为铸造模具一般较昂贵。热裂纹是由于例如当高温熔融金属接触铸造模具时温度迅速改变(即，由于热冲击)而引起的。另一方面，切屑是由于例如在铸造操作完成之后，将铝制件从铸造模具中取出时铝制件切割柔软表面层而引起的。因此，希望铸造模具的抗热冲击性以及硬度都较高。因此，通常对铸造模具进行表面处理。具体地，表面处理包括渗氮处理，例如盐浴法、气体法以及离子法；涂覆处理，其中利用物理气相沉积(PVD)法或化学气相沉积(CVD)法来涂覆陶瓷材料(例如，TiC和TiN)；硫代渗氮(sulphonitriding)处理，其中提供了硫化铁和一氮化二铁的混合层；以及氧化处理，其中提供了氧化铁。在日本专利公报.特开平8-144039和特开平10-204610中也提出组合多种处理方法，例如渗氮处理、渗碳处理和渗硼处理。近年来，尝试改进铸造模具的抗热冲击性以及硬度，以减少铸造模具的替换频率，从而降低铸件的生产成本。然而，例如，当采用进行了如在日本专利公报特开平8-144039和特开平10-204610中所提出的多种处理的铸造模具时，与其中采用只进行了渗碳处理的铸造模具的情况相比，替换频率在某种程度上有所减少。但是，并未使生产成本显著降低。也考虑了采用更廉价的SCM(用于表示铬钼钢中一种的日本工业标准)材料作为构成铸造模具的替代材料，这是因为SKD材料一般比较昂贵。然而，即使对用SCM材料制成的铸造模具进行多种上述的表面处理，也不可能充分提高抗热冲击性和硬度。因此，在许多情况下，所获得的铸造模具都不具有必要的使用寿命。
技术实现思路
本专利技术人已经研究了在铸造模具中出现热裂纹的原因，并且注意到一已知特性，即，当供应熔融金属时作用在铸造模具上的拉伸应力超过铸造模具中剩余的压缩残余应力时，趋向于出现热裂纹。基于此，试图通过在铸造模具上预先施加较大的压缩残余应力并使作用在该铸造模具上的拉伸应力小于压缩残余应力来延长铸造模具的使用寿命。能够增加压缩残余应力的方法例如可包括喷丸硬化处理。然而，即使当仅仅对铸造模具进行喷丸硬化处理时，也不可能显著地降低铸件的生产成本，尽管可以防止出现热裂纹。因此，本专利技术人对施加较大压缩残余应力的技术作了进一步研究。因此，完成本专利技术。本专利技术的主要目的在于提供一种铸造模具及其表面处理方法，该铸造模具可尽可能低地减少替换频率，并且可显著地降低铸件的生产成本。根据本专利技术的一个方面，提供了一种由钢材料制成的铸造模具，其中型腔表面的压缩残余应力大于1000Mpa，最大高度不大于16μm，并且在型腔表面的表面层上设有渗氮层。术语“型腔表面”是指用于形成制造铸件的型腔的表面。术语“最大高度”为由日本工业标准定义的表面粗糙度。通常，在由某种材料制成的铸造模具中剩余的压缩残余应力仅大约为200MPa。即使当进行喷丸硬化处理时，该压缩残余应力也大约为500MPa。相反，在本专利技术的铸造模具的情况下，型腔表面的压缩残余应力明显较大，即1000Mpa。因此，即使在铸造模具接触熔融金属时通过热冲击施加任何拉伸应力，也可防止该拉伸应力超过压缩残余应力。因此，防止了在铸造模具中出现热裂纹。换句话说，铸造模具的抗热冲击性显著提高。而且，在本专利技术中，在型腔表面处存在渗氮层。因此，防止了型腔表面和熔融金属之间发生反应。而且，因为渗氮层由一氮化二铁组成，所以渗氮层较硬。因此，型腔表面较硬。因此，可防止当完成铸造操作之后取出铸件时，型腔表面被铸件切削。即，在本专利技术的铸造模具中几乎不会引起热裂纹，并且本专利技术的铸造模具也几乎不会被切削。换句话说，本专利技术的铸造模具具有较高的耐用性和较长的使用寿命。因此，尽可能低地降低了替换频率。因此，可显著降低铸件的生产成本。对铸造模具进行至少一次喷丸硬化处理。因此，表面的最大高度不大于16μm。用于铸造模具的钢材料的优选示例包括合金工具钢(如在日本工业标准中定义的SKD材料)。在这种情况下，优选的是渗氮层的厚度不小于0.03mm，并且型腔表面的维氏硬度不小于700。作为钢材料的另一优选示例，以铬钼钢为例(如在日本工业标准中定义的SCM材料)。也在这种情况下，优选的是，型腔表面的维氏硬度不小于700。SCM材料比SKD材料软。因此，渗氮层的厚度不小于0.1mm，以使维氏硬度不小于700。可对本专利技术的铸造模具进行两次喷丸硬化处理，稍后将描述。在这种情况下，型腔表面的最大高度不大于8μm，并且压缩残余应力大于1200Mpa。因此，使铸造模具具有更好的耐用性。优选的是，硫化铁包含于渗氮层中。当存在硫化铁时，增加了润滑作用。因此，当铸件被取出时，铸件和铸造模具之间的摩擦阻力减少。因此，也可避免铸造模具的任何切屑。而且，在这种情况下，进一步增大了压缩残余应力值。因此，进一步提高了铸造模具的耐用性。因此，可进一步减少铸件的生产成本。根据本专利技术的另一方面，提供了一种由钢材料制成的铸造模具的表面处理方法，该方法包括至少对铸造模具的型腔表面进行喷丸硬化处理和渗氮处理，从而使型腔表面的最大高度不大于16μm，并且压缩残余应力大于1000MPa。当对铸造模具的型腔表面进行喷丸硬化处理和渗氮处理时，可获得其型腔表面的压缩残余应力极大且硬度较高的铸造模具。如上所述，这种铸造模具具有优良的耐用性。因此，该铸造模具具有较长的使用寿命。可在渗氮处理之前进行喷丸硬化处理，反之亦然。然而，优选的是先进行喷丸硬化处理。在这种情况下，型腔表面通过喷丸硬化处理而光滑。而且，压缩应力作用在型腔表面上。因此，在硫代渗氮处理中，氮原子和硫原子易于与铁结合。当先进行喷丸硬化处理时，优选的是在进行渗氮处理之后再次进行喷丸硬化处理，以使型腔表面的最大高度不大于8μm，并且压缩残余应力大于1200MPa。因此，可获得在耐用性方面更令人满意的铸造模具。当采用硫代渗氮处理或使用渗氮气体的气体渗氮处理作为渗氮处理时，可进一步提高铸造模具中剩余的压缩残余应力。尤其在硫代渗氮处理的情况下，通过使渗氮层包含硫化铁而可增加型腔表面的润滑。本专利技术的表面处理方法不仅可应用在未进行铸造操作的铸造模具上，而且也可应用在已经进行铸造操作的铸造模具上。在这种情况下，可再次增加由于在铸造操作中反复使用而降低的压缩残余应力。即，铸造模具再次获得耐用性，并且可避免出现热裂纹等。因此，可进一步延长铸造模具的使用寿命。从下面结合附图的描述中本专利技术的上述和其它目的、特征以及优点将变得更加清晰，其中以说明性示例的方式示出了本专利技术的优选实施例。附图说明图1为表示设有根据本专利技术实施例的铸造模具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种铸造模具(12)，其由钢材料制成，其中，型腔表面的压缩残余应力大于1000MPa，最大高度(Ry)不大于16μm，并且在所述型腔表面的表面层上设有渗氮层(32)。2.根据权利要求1所述的铸造模具(12)，其特征在于，所述型腔表面的维氏硬度不小于700，所述渗氮层(32)的厚度不小于0.03mm，并且所述钢材料为合金工具钢。3.根据权利要求1所述的铸造模具(12)，其特征在于，所述型腔表面的维氏硬度不小于700，所述渗氮层(32)的厚度不小于0.1mm，并且所述钢材料为铬钼钢。4.根据权利要求1到3中任一项所述的铸造模具(12)，其特征在于，所述型腔表面的所述压缩残余应力大于1200MPa，并且所述最大高度(Ry)不大于8μm。5.根据权利要求1到4中任一项所述的铸造模具(12)，其特征在于，所述渗氮层(32)包含有硫化铁。6.一种由钢材料制成的铸造模具(12...

【专利技术属性】
技术研发人员：小山弘晃，岛村康宏，宫内稔浩，长谷川道治，宫川文孝，
申请(专利权)人：本田技研工业株式会社，
类型：发明
国别省市：