不銹鋼焊管模具表面超硬化處理技術

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不銹鋼焊管模具表面超硬化處理技術

 

一、擴散法金屬碳化物覆層技術介紹

1、 技術簡介

擴散法金屬碳化物覆層技術是將工件置于特種介質中,經擴散作用于工件表面形成一層數微米至數十微米的金屬碳化物層。該碳化物層具有極高的硬度,HV可達1600~3000(由碳化物種類決定),此外,該碳化物履層與基體冶金結合,不影響工件表面光潔度,具有極高的耐磨、抗咬合(粘結)、耐蝕等性能,可大幅度提高工模具及機械零件的使用壽命。

2、 與相關技術的比較

通過在工件表面形成超硬化合物膜層的方法,是大幅度提高其耐磨、抗咬合(抗粘結)、耐蝕等性能,從而大幅度提高其使用壽命的有效而經濟的方法。目前,工件表面超硬化處理方法主要有物理氣相沉積(PVD),化學氣相沉積(CVD),物理化學氣相沉積(PCVD),擴散法金屬碳化物履層技術,其中,PVD法具有沉積溫度低,工件變形小的優點,但由于膜層與基體的結合力較差,工藝繞鍍性不好,往往難以發揮超硬化合物膜層的性能優勢。CVD法具有膜基結合力好,工藝繞鍍性好等突出優點,但對于大量的鋼鐵材料而言,其后續基體硬化處理比較麻煩,稍有不慎,膜層就易破壞。因此其應用主要集中在硬質合金等材料上。PCVD法沉積溫度低,膜基結合力及工藝繞鍍性均較PVD法有較大改進,但與擴散法相比,膜基結合力仍有較大差距,此外由于PCVD法仍為等離子體成膜,雖然繞鍍性較PVD法有所改善,但無法消除。

由擴散法金屬碳化物覆層技術形成的金屬碳化物覆層,與基體形成冶金結合,具有PVD、PCVD無法比擬的膜基結合力,因此該技術真正能夠發揮超硬膜層的性能優勢,此外,該技術不存在繞鍍性問題,后續基體硬化處理方便,并可多次重復處理,使該技術的適用性更為廣泛。

3、 技術優勢

擴散法金屬碳化物覆層技術在日本、歐洲各國、澳大利亞、韓國等國應用廣泛。據調查,許多進口設備上的配套模具大量地使用了該技術,這些模具在進行國產化時,由于缺乏相應的成熟技術,往往使模具壽命低,有些甚至無法國產化。

該技術國內七十年代就有人研究過,但由于各方面條件的限制,工藝及設備往往難以經過批量和長期生產的考驗,使該技術中的一些實際存在的問題不易暴露或難以解決,往往半途而廢。我們在十多年的研究與應用的過程中,對該技術存在的工藝、設備上的實際問題進行了深入的研究,并進行了有效的改進,經改進后的工藝及成套設備已能夠滿足長期穩定生產的要求,所處理的模具壽命水平達到進口同類模具壽命水平,取得了豐富的各類模具實際應用的生產經驗,為大規模推廣應用該技術奠定了堅實的技術基礎。

4、 適用范圍

擴散法金屬碳化物覆層技術可以廣泛應用于各類因磨損、咬合而引起失效的工模具或機械零件。其中,因磨損而引起的失效(如沖裁,冷鐓,粉末成型等模具)可提高壽命數倍至數十倍;因咬合而引起的產品或模具的拉傷問題(如引伸模,翻邊模等),可以從根本上予以解決。

適用材料:模具鋼,含碳量大于0.3%的結構鋼,鑄鐵,硬質合金。

二、不銹鋼焊管模具表面超硬化處理技術

不銹鋼焊管是在焊管成型機上,由不銹鋼板經若干道模具碾壓成型并經焊接而成。由于不銹鋼的強度較高,且其結構為面心立方晶格,易形成加工硬化,使焊管成型時:一方面模具要承受較大的摩擦力,使模具容易磨損;另一方面,不銹鋼板料易與模具表面形成粘結(咬合),使焊管及模具表面形成拉傷。因此,好的不銹鋼成型模具必須具備極高的耐磨和抗粘結(咬合)性能。我們對進口焊管模具的分析表明,該類模具的表面處理都是采用超硬金屬碳化物或氮化物覆層處理。

不銹鋼焊管成型模具材料一般是由高碳高鉻的Cr12MoV(或SRD11,D2,DC53)制成。目前國內普遍采用如下工藝流程制作模具:下料→粗加工→熱處理(高溫淬火加高溫回火)→精加工→氮化→成品(注:為節省成本,一般生產廠家現在都省去了鍛造與球化退火兩道耗時,費財工序)。

由于Cr12MoV類材料屬于高碳高鉻合金鋼,其原始組織存在很大的成份偏析(這種偏析即使一般的鍛造也無法消除)。這樣經過熱處理(高淬高回)的模具內部組織極不均勻,宏觀表現為硬度極不均勻(HRC四十幾至六十左右),再經氮化處理,模具表面不均勻性無法消除,基體硬度甚至進一步降低,實際使用時,表現為模具及焊管表面均易拉傷,模具壽命低。 

 

模具表面超硬化處理技術已成功應用于不銹鋼焊管成型模具上。經該技術處理的模具在其表面形成硬度高達HV3000左右的金屬碳化物層,該碳化物層致密,與基體結合緊密,不影響工件的表面光潔度,具有極高的耐磨,抗咬合性能,可從根本上解決焊管的拉毛問題,減少制管后續拋光工序的工作量并提高產品質量,大幅度提高模具使用壽命,減少售后服務工作量。實踐表明,該技術具有極高的使用價值。以下是該工藝處理模具與氮化處理模具的有關比較。 

 

1、 性能:  

  氮化模具 本工藝處理模具  

  表面硬度:HV700~1000左右 HV3000左右  

  基體硬度:極不均勻 HRC58~62  

  HRC40~60 

 

2、 工藝流程: 

 

氮化模具:下料→粗加工→熱處理(高淬高回)→精加工→氮化→成品  

本工藝處理模具:下料→全部加工到位(無須熱處理)→本工藝處理(基體硬化與表面處理一次完成)?!瓤住善?nbsp;

 

由工藝流程可看出,采用本工藝可縮短模具的加工周期。 

 

3、 使用效果: 

 

本工藝處理的模具較氮化模具可從根本上解決焊管的拉毛,從而減少焊管后續拋光工序的工作量并提高產品質量(因大量拋光而使管壁減簿),大幅度提高模具使用壽命,減少售后服務工作量。 

 

由湖南特普電子有限公司開發的模具表面超硬化處理技術,在實際生產當中得到較廣泛的應用,并受到客戶的好評,由此工藝處理的模具壽命較傳統工藝如氮化有較大幅度的提高,在某些模具性能方面超過國外水平,而價格僅是國外同等的1/4~1/10。 

 

經本工藝處理的模具有軋輥,沖頭,彩管系列冷作模具,標準件模具,葉蠟石模具,銅鋁型材擠壓模具等,使客戶產生了很高的效益,使模具的性價比得到質的提高。 


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