一種耐磨鑄球生產(chǎn)模具的表面強(qiáng)化層及其制作方法及具有其的模具的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種耐磨鑄球生產(chǎn)模具的表面強(qiáng)化層及其制作方法及具有其的模具，強(qiáng)化層化學(xué)成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為：Cr：22-40％，Co：5-7％，Al：3-7％，Y：0.2-0.6％，B：2.5-3.5％，Si：2.5-3.5％，F(xiàn)e<1％，其余為Ni，具有耐高溫、抗氧化、防金屬液燒蝕、防粘連及無需脫模劑的功能。
【專利說明】一種耐磨鑄球生產(chǎn)模具的表面強(qiáng)化層及其制作方法及具有其的模具
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于磨球金屬型鑄造模具表面強(qiáng)化處理【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種耐磨鑄球生產(chǎn)模具的表面強(qiáng)化層及其制作方法及具有其的模具。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，耐磨鑄球生產(chǎn)模具主要有三種:潮模砂鑄造(適用于小球)、水玻璃砂鐵模鑄造、鐵模覆砂(覆膜砂)鑄造。
[0003]在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問題:由于耐磨鑄球含鉻高，澆注溫度高，甚至高達(dá)1500°C，因此水玻璃砂鐵模使用壽命短，成本高。長期使用金屬液會(huì)使鐵模鑄型內(nèi)腔出現(xiàn)崩落、熔損、龜裂等問題從而導(dǎo)致模具失效。
[0004]為了解決由于長期使用而使鐵模鑄型內(nèi)腔出現(xiàn)崩落、熔損、龜裂等問題，鐵模覆砂(覆膜砂)鑄造得到了發(fā)展。鐵模覆砂在金屬型內(nèi)腔覆上一薄層(4~8_)型砂而形成鑄型的一種鑄造工藝，每澆注一次需要更換覆砂模，需要具備覆砂模射砂生產(chǎn)線，這些都增大生產(chǎn)成本。 覆膜砂模散熱較慢，降低了產(chǎn)品質(zhì)量、表面粗糙及生產(chǎn)效率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種具有耐高溫、抗氧化、防金屬液燒蝕、防粘連及無需脫模劑的功能的耐磨鑄球生產(chǎn)模具的表面強(qiáng)化層及其制作方法及具有其的模具。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種耐磨鑄球生產(chǎn)模具的表面強(qiáng)化層，其化學(xué)成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為:Cr:22-40%, Co:5-7%, Al:3-7%, Y:0.2-0.6%,B:2.5-3.5%, Si:2.5-3.5%，F(xiàn)e〈l%，其余為 Ni。
[0007]—種上述的耐磨鑄球生產(chǎn)模具的表面強(qiáng)化層的制作方法，采用兩步法噴焊，具體步驟如下:
[0008]a)對(duì)模具工作面除脂、堿洗、酸洗，拋光表面粗糙度達(dá)到Λ 3.2，之后活化鍍鎳，鎳層厚度70um以上；
[0009]b)強(qiáng)化層材料選用合金粉末,將合金粉末在120°C烘干Ih ；
[0010]c)對(duì)鍍鎳進(jìn)行粗化處理，獲得粗糙表面，將模具基體預(yù)熱到350°C，之后開始采用兩步法氧乙炔噴焊；
[0011]d)第一步:噴涂，采用中性火焰，使合金粉末充分在火焰中熔融，在鎳層表面上產(chǎn)生塑性變形的沉積噴涂層，噴粉每層厚度< 0.2mm,重復(fù)噴涂達(dá)到0.5~0.6mm的涂層厚度；
[0012]e)第二步:重熔，在噴涂后立即進(jìn)行，用中性焰的大功率柔軟火焰，噴距20~30mm，火焰與表面夾角為60°~75°，從距涂層約30mm遠(yuǎn)處開始，將涂層加熱，直至涂層出現(xiàn)“鏡面”反光為度，之后進(jìn)行下一個(gè)部位的重熔。
[0013]一種上述的耐磨鑄球生產(chǎn)模具的表面強(qiáng)化層的制作方法，采用等離子噴焊，具體步驟如下:
[0014]a)對(duì)模具工作面除脂、堿洗、酸洗，拋光表面粗糙度達(dá)到Λ 3.2，之后活化鍍鎳，鎳層厚度70um以上；
[0015]b)強(qiáng)化層材料選用合金粉末,將合金粉末在120°C烘干Ih,放入送粉器；
[0016]c)對(duì)鍍鎳進(jìn)行粗化處理，獲得粗糙表面，將模具基體預(yù)熱到350°C，之后開始采用等離子噴焊:保護(hù)氣體氬氣，流量38L/min ;氫氣流量7L/min或8L/min ;工作電流500A ;噴涂距離90mm ;送粉率30g/min ;噴涂角度80-90度；噴涂后石棉包裹保溫冷卻。
[0017]一種模具，模具的澆道口的內(nèi)壁、耐磨球型腔的表面、鐵液緩沖槽的表面具有上述的表面強(qiáng)化層。
[0018]模具基體材料采用球墨鑄鐵，具有高溫條件下不變形的優(yōu)點(diǎn)。耐磨球鐵型鑄造模具經(jīng)受反復(fù)冷熱交替應(yīng)力影響，耐高溫抗氧化強(qiáng)化層的結(jié)合強(qiáng)度是重要的要求，為了提高強(qiáng)化層與鑄鐵基體之間的結(jié)合強(qiáng)度。本發(fā)明采用潤濕性良好的鎳層作為中間層，起到連接涂層與基體的作用。
[0019]鎳層的制備采用電鍍或化學(xué)鍍的方法，厚度不得低于70um。由于模具基體材料為鑄鐵，石墨含量高，影響其表面強(qiáng)化層的結(jié)合強(qiáng)度，本發(fā)明在模具表面鍍鎳層，作為中間層，提高強(qiáng)化層與基體的結(jié)合強(qiáng)度。
[0020]在鎳層表面制備耐高溫、抗氧化強(qiáng)化層。抗氧化層的制備方法可以是噴焊、電火花強(qiáng)化、堆焊、激光熔覆及電子束熔覆等方法中的一種。
[0021]耐抗氧化強(qiáng)化層厚度大于IOOum,小于300um。
[0022]在鎳層表面制備耐高溫、抗氧化強(qiáng)化層?？寡趸瘜拥闹苽浞椒梢允菄姾浮㈦娀鸹◤?qiáng)化、堆焊、激光熔覆及電子束熔覆等方法中的一種。
[0023]強(qiáng)化層中鉻是高熔點(diǎn)、不易氧化的元素，不銹鋼中大量使用鉻作為防氧化、防銹的元素，其價(jià)格便宜，因此本強(qiáng)化層中其添加量高達(dá)40%。但是鉻含量再增高容易產(chǎn)生開裂，并且涂層難于熔化及涂覆到模具基體上。
[0024]由于高溫鐵水的作用，模具表面防氧化層需要具有高的結(jié)合強(qiáng)度，以及抗熱應(yīng)力循環(huán)作用，因此采用含有鈷和鎳，這兩種成分不但具有高的抗高溫氧化性能。并且鎳是比較粘的兀素，可以提聞涂層和基體的結(jié)合強(qiáng)度。鉆和鎮(zhèn)在涂層中可以綜合提聞強(qiáng)化層的聞溫硬度，避免模具在使用過程中被磨損。
[0025]涂層中加入適量的鋁元素可以提高強(qiáng)化層的耐高溫性能，這是由于鎳在噴焊中會(huì)和鋁發(fā)生反應(yīng)，生產(chǎn)鎳鋁化合物，鎳鋁化合物具有高熔點(diǎn)、高硬度的特點(diǎn)，有利于提高強(qiáng)化層的抗高溫性能。
[0026]少量的鈮在噴焊過程中會(huì)與氧反應(yīng)，形成氧化鈮，提高涂層的抗高溫氧化性能。
[0027]硼和硅的加入可以降低涂層粉末的熔點(diǎn)，提高涂層噴焊的工藝性能。并且這兩種元素具有脫氧的作用，避免在噴焊過程中其它元素的燒損。硼和硅的綜合作用，還可以在涂層重熔時(shí)起到造渣的作用，可以將涂層中的氧化渣帶到涂層表面，提高涂層的質(zhì)量。
[0028]上述技術(shù)方案中的一個(gè)技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)或有益效果，
[0029]鑄造模具表面上形成的耐高溫強(qiáng)化層起到防金屬溶液燒蝕和粘連的作用。 [0030]該耐高溫強(qiáng)化層的優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)熱性良好，耐高溫，防金屬液燒蝕、粘連的作用。涂層與模具結(jié)合強(qiáng)度高，大大提高模具的使用壽命。[0031]經(jīng)過表面強(qiáng)化處理的模具，不需要在每次澆鑄前再刷涂脫模劑，降低了勞工強(qiáng)度，并且使磨球的機(jī)械化自動(dòng)生產(chǎn)成為了可能。
[0032]涂層的特征是導(dǎo)熱性能優(yōu)良，不會(huì)由于導(dǎo)熱系數(shù)低影響鑄件的凝固，鑄件性能與未強(qiáng)化的模具制備的鑄件相同。但模具使用更高效，鑄件的生產(chǎn)效果提高。
[0033]鑄造模具的鑄件尺寸精度可達(dá)CT5~CT8級(jí)，鑄件只需進(jìn)行清砂即可。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1為本發(fā)明實(shí)施例一中提供的抗氧化層金相圖；
[0035]圖2為本發(fā)明實(shí)施例三中提供的模具結(jié)構(gòu)示意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0036]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0037]實(shí)施例一
[0038]采用球墨鑄鐵鑄造耐磨球的鐵型鑄模，模具設(shè)計(jì)有冷卻系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)。
[0039]對(duì)模具鑄件進(jìn)行機(jī)械加工，為下一步鍍鎳做好準(zhǔn)備。
[0040]對(duì)模具工作面進(jìn)行鍍鎳，鍍前除脂，堿洗，酸洗，拋光表面粗糙度達(dá)到Λ 3.2，活化鍍鎳，厚度70um以上。
[0041]強(qiáng)化層材料選用合金粉末，粒度-140+320目，具體成分如下:
[0042]Cr Co Al Y B Si Fe Ni(% )
[0043]35 6 4 0.3 3 3 <1 余量
[0044]合金粉末120°C烘干lh，為后續(xù)噴涂備用。
[0045]對(duì)鍍鎳層進(jìn)行粗化處理，獲得粗糙表面，為下一步噴焊準(zhǔn)備。
[0046]噴焊前模具基體預(yù)熱到350°C。
[0047]噴焊方式:兩步法氧乙炔噴焊。
[0048]噴涂與重熔均用大功率SpH-E噴、焊兩用槍。第一步，使合金粉末充分在火焰中熔融，在工件表面上產(chǎn)生塑性變形的沉積噴涂層，采用中性火焰。
[0049]噴粉每層厚度< 0.2mm,重復(fù)噴涂達(dá)到0.5~0.6mm的涂層厚度。
[0050]第二步重熔是關(guān)鍵工序，在噴涂后立即進(jìn)行。用中性焰的大功率柔軟火焰，噴距約20~30mm,火焰與表面夾角為60°~75° ,從距涂層約30mm處開始,適當(dāng)掌握重熔速度，將涂層加熱，直至涂層出現(xiàn)“鏡面”反光為度，然后進(jìn)行下一個(gè)部位的重熔。
[0051]重熔時(shí)應(yīng)防止過熔，即鏡面開裂，涂層金屬流淌，或局部加熱時(shí)間過長使表面氧化。
[0052]由于模具采用鑄鐵作為基體，冷硬性高，因此噴焊后要埋在石灰坑中緩冷。
[0053]表面耐高溫、抗氧化層的致密，與基體結(jié)合緊密的抗氧化層金相圖如圖1所示。
[0054]模具經(jīng)過本發(fā)明的表面強(qiáng)化后，在高鉻耐磨球生產(chǎn)中，澆注溫度1520°C，不需要其它保護(hù)和脫模劑，耐磨球可以自然脫模，模具使用壽命為3500模次左右。而沒有經(jīng)過表面強(qiáng)化的模具，在高鉻耐磨球生產(chǎn)時(shí)，每模澆筑前采用乙炔黑保護(hù)，模具使用壽命只為600模次。[0055]實(shí)施例二
[0056]采用球墨鑄鐵鑄造耐磨球的鐵型鑄模，模具設(shè)計(jì)有冷卻系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)。對(duì)模具鑄件進(jìn)行機(jī)械加工，為下一步鍍鎳做好準(zhǔn)備。
[0057]模具工作面進(jìn)行鍍鎳，鍍前除脂，堿洗，酸洗，拋光表面粗糙度達(dá)到Λ 3.2，活化鍍鎳，厚度75um以上。
[0058]強(qiáng)化層材料選用合金粉末，粒度-140+320目，具體成分如下:
[0059]Cr Co Al Y B Si Fe Ni(% )
[0060]40 5 3.5 0.2 2.5 2 〈I 余量
[0061]粉末120°C烘干lh，為后續(xù)噴涂備用。
[0062]對(duì)鍍鎳進(jìn)行粗化處理，獲得粗糙表面，為下一步噴焊準(zhǔn)備。
[0063]噴焊前模具基體預(yù)熱到350°C。
[0064]噴焊方式:等離子噴焊。
[0065]噴焊工藝如下: [0066]保護(hù)氣體IS氣,流量38L/min ;
[0067]氫氣流量7L/min ；
[0068]工作電流5OOA ；
[0069]噴涂距離90_ ；
[0070]送粉率30g/min ；
[0071]噴涂角度85度；
[0072]噴涂后石棉包裹保溫冷卻。
[0073]模具經(jīng)過表面強(qiáng)化后，在高鉻耐磨球生產(chǎn)中，澆注溫度1520°C，不需要其它保護(hù)和脫模劑，耐磨球可以自然脫模，模具使用壽命為4000模次左右，等離子噴焊的使用壽命高于氧乙炔噴焊。而沒有經(jīng)過表面強(qiáng)化的模具，在高鉻耐磨球生產(chǎn)時(shí)，每模澆筑前采用乙炔黑保護(hù)，模具使用壽命只為600模次。
[0074]實(shí)施例三
[0075]如圖2所示，一種模具，在模具的工作表面采用上述方法制備表面強(qiáng)化層，工作表面包括澆道口的內(nèi)壁，耐磨球型腔的表面，鐵液緩沖槽的表面。
[0076]采用上述的方案后，鑄造模具表面上形成的耐高溫強(qiáng)化層起到防金屬溶液燒蝕和粘連的作用。
[0077]該耐高溫強(qiáng)化層的優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)熱性良好，耐高溫，防金屬液燒蝕、粘連的作用。涂層與模具結(jié)合強(qiáng)度高，大大提高模具的使用壽命。
[0078]經(jīng)過表面強(qiáng)化處理的模具，不需要在每次澆鑄前在刷涂脫模劑，降低了勞工強(qiáng)度，并且使磨球的得機(jī)械化自動(dòng)生產(chǎn)成為了可能。
[0079]涂層的特征是導(dǎo)熱性能優(yōu)良，不會(huì)由于導(dǎo)熱系數(shù)低影響鑄件的凝固，鑄件性能與未強(qiáng)化的模具制備的鑄件相同。但模具使用更高效，鑄件的生產(chǎn)效果提高。
[0080]鑄造模具的鑄件尺寸精度可達(dá)CT5~CT8級(jí)，鑄件只需進(jìn)行清砂即可。
[0081]上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實(shí)現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種非實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)將本發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場合的，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種耐磨鑄球生產(chǎn)模具的表面強(qiáng)化層，其特征在于，其化學(xué)成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為:Cr:22-40%, Co:5-7%, Al:3-7%, Y:0.2-0.6%, B:2.5-3.5%, S1:2.5-3.5%, Fe〈l%，其余為Ni。
2.如權(quán)利要求1所述的耐磨鑄球生產(chǎn)模具的表面強(qiáng)化層，其特征在于，強(qiáng)化層材料為合金粉末，粒度為-140+320目。
3.—種如權(quán)利要求1或2所述的耐磨鑄球生產(chǎn)模具的表面強(qiáng)化層的制作方法，其特征在于，采用兩步法噴焊，具體步驟如下: a)對(duì)模具工作面除脂、堿洗、酸洗，拋光表面粗糙度達(dá)到Λ3.2，之后活化鍍鎳，鎳層厚度70um以上； b)強(qiáng)化層材料選用合金粉末，將合金粉末在120°C烘干Ih； c)對(duì)鍍鎳進(jìn)行粗化處理，獲得粗糙表面，將模具基體預(yù)熱到350°C，之后開始采用兩步法氧乙炔噴焊； d)第一步:噴涂，采用中性火焰，使合金粉末充分在火焰中熔融，在鎳層表面上產(chǎn)生塑性變形的沉積噴涂層，噴粉每層厚度< 0.2mm,重復(fù)噴涂達(dá)到0.5~0.6mm的涂層厚度； e)第二步:重熔，在噴涂后立即進(jìn)行，用中性焰的大功率柔軟火焰，噴距20~30mm，火焰與表面夾角為60°~75°，從距涂層約30mm遠(yuǎn)處開始，將涂層加熱，直至涂層出現(xiàn)“鏡面”反光為度，之后進(jìn)行下一個(gè)部位的重熔。
4.如權(quán)利要求3所述的耐磨鑄球生產(chǎn)模具的表面強(qiáng)化層的制作方法，其特征在于，噴涂與重熔均用大功率SpH-E噴、焊兩用槍。
5.如權(quán)利要求4所述的耐磨鑄球生產(chǎn)模具的表面強(qiáng)化層的制作方法，其特征在于，噴焊結(jié)束后，模具埋在石灰坑中緩冷。
6.一種如權(quán)利要求1或2所述的耐磨鑄球生產(chǎn)模具的表面強(qiáng)化層的制作方法，其特征在于，采用等離子噴焊，具體步驟如下: a)對(duì)模具工作面除脂、堿洗、酸洗，拋光表面粗糙度達(dá)到Λ3.2，之后活化鍍鎳，鎳層厚度70um以上； b)強(qiáng)化層材料選用合金粉末，將合金粉末在120°C烘干Ih,放入送粉器； c)對(duì)鍍鎳進(jìn)行粗化處理，獲得粗糙表面，將模具基體預(yù)熱到350°C，之后開始采用等離子噴焊:保護(hù)氣體氬氣，流量38L/min ;氫氣流量7L/min或8L/min ;工作電流500A ;噴涂距離90mm ;送粉率30g/min ;噴涂角度80-90度；噴涂后石棉包裹保溫冷卻。
7.一種模具，其特征在于，模具的澆道口的內(nèi)壁、耐磨球型腔的表面、鐵液緩沖槽的表面具有如權(quán)利要求1-6任一所述的表面強(qiáng)化層。
【文檔編號(hào)】C23C4/08GK103966477SQ201410218940
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月22日
【發(fā)明者】黃仲佳, 劉明朗, 陳志浩, 黃仲師 申請人:安徽工程大學(xué)