本發(fā)明涉及熱作模具鋼的電火花強化層制備領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

模具是工業(yè)生產(chǎn)中的重要工藝裝備，在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。模具鋼主要分為：冷作模具鋼、熱作模具鋼和塑料模具鋼3大類。熱作模具鋼主要用于制造在高溫環(huán)境下工作的模具。在熱作模具鋼中，h13(4cr5mosiv1)鋼是最具有代表性的新型模具鋼，因具有優(yōu)異的性能，被廣泛用于制備熱擠壓成型模具等熱作模具，其主要失效形式為磨損、高溫氧化、腐蝕等，且這些缺陷大多從表面開始，如何提高其耐磨性、耐腐蝕等表面性能引起了研究人員的廣泛關(guān)注。

常用的模具表面強化方法有：化學熱處理、微弧氧化、離子注入、激光熔敷濕法電鍍、堆焊、物理氣象沉積法(pvd)、化學氣象沉積法(cvd)、等離子體增強化學氣相沉積（pecvd）等。每種處理方法都存在工藝復雜、設備昂貴或者強化層質(zhì)量不高等缺陷。電火花表面強化技術(shù)作為電火花微細加工領(lǐng)域重要的延伸和拓展，因具有成本低、基體不變形，強化層耐磨耐腐蝕等優(yōu)點，越來越多的被應用在模具表面強化。傳統(tǒng)的電火花表面強化大都在有一定絕緣性能的液體介質(zhì)中進行。盡管煤油被普遍認為是適合于電火花成形加工的工作介質(zhì)，但是油類作為工作介質(zhì)在加工過程中存在很多缺點，不符合綠色制造的理念。水基工作液下電極的損耗較低，工件表面粗糙度較好，工作液對人體和環(huán)境無污染。但水基工作液存在易銹蝕機床、蝕除量少、加工效率低等缺陷。并且由于工作液的氣化及膨脹對熔化并轉(zhuǎn)移到工件表面的電極強化材料有很強的沖刷作用，不利于沉積層的形成。

h13鋼的電火花強化層制備技術(shù)，突破了以往單一介質(zhì)條件下僅依靠電極材料與基體材料反應生成強化相的限制，利用準干式介質(zhì)（氣液混合）中混入強化粉末材料，實現(xiàn)強化材料、電極材料在高溫下與基體材料進行反應，生成多相增強體，獲得對h13鋼更優(yōu)的強化效果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決目前h13鋼的表面強化的問題，現(xiàn)采用電火花表面強化的方法，提出混粉準干式條件下獲得高質(zhì)量強化層的加工參數(shù)，制備出高硬度、耐磨強化層，具有低能耗、低成本、高質(zhì)量的優(yōu)點。

為了到達上述目的本發(fā)明采用的方案如下。

1）制備混粉介質(zhì)。高壓去離子水霧中混入al粉，al粉粒度為55～80um，濃度為20g/l。

2）對h13鋼基體進行電火花強化加工。采用yg8電極，加工深度為0.1mm，放電電壓為120v，峰值電流分別選擇2.9a、8.2、14a、20.8a、30a，脈沖寬度為50us，脈沖間隔為50us。

3）不同電流下強化結(jié)果分析。隨著峰值電流的增加，強化層表面質(zhì)量越來越好，強化層顯微硬度值隨之增加，當峰值電流達到14a時，已可獲得較好的強化層微觀組織形貌。

4）不同脈沖寬度參數(shù)下強化結(jié)果分析。采用峰值電流為14a時，脈沖間隔為50us，脈沖寬度分別選取30us、50us、80us、100us，放電電壓為120v，修整深度為0.1mm。脈沖寬度在30~50μs時，獲得的強化層組織形貌及力學性能效果最好，進一步增加脈沖寬度值，強化層表面顯微硬度雖然有所增加，但強化層微觀組織內(nèi)出現(xiàn)大量空洞甚至裂紋，影響其使用。

5）不同脈沖間隔參數(shù)下強化結(jié)果分析。峰值電流為14a，脈沖寬度為50μs，脈沖間隔分別為50us、100us、150us、210us。放電電壓為120v，加工深度為0.1mm。當脈沖間隔小于150μs時，脈沖間隔的變化對強化層組織極其表面顯微硬度沒有明顯的影響。達到150μs時強化層表面質(zhì)量下降。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：在混粉準干式(霧狀工作介質(zhì)中混入al粉末材料)介質(zhì)條件下對熱作模具鋼h13鋼進行電火花強化，獲得強化工藝的最佳電參數(shù)，電流為14a，脈沖寬度為=30-50μ，脈沖間隔小于150μs，形成質(zhì)量較好的電火花強化層，平均顯微硬度達到800hv以上。該技術(shù)對加工條件要求不高、成本低、綠色、高效，且具有可處理復雜零件、處理溫度低、強化層質(zhì)量好等優(yōu)點。

附圖說明：圖1是該發(fā)明中，峰值電流14a，脈沖寬度50μs，脈沖間隔50us時強化層微觀組織形貌；圖2是該發(fā)明中，峰值電流14a，脈沖寬度50μs，脈沖間隔150us時強化層微觀組織形貌。

具體實施方式：

實例1：

1）制備混粉介質(zhì)。高壓去離子水霧中混入al粉，為55～80um，濃度為20g/l。

2）將h13鋼毛坯切割成10mm×10mm×6mm的長方體，表面進行打磨。

3）對h13鋼基體進行電火花強化加工。在北京安德建奇數(shù)字設備有限公司生產(chǎn)的af1100數(shù)控電火花成型機上，采用yg8電極，加工深度為0.1mm，放電電壓為120v，峰值電流分別選擇2.9a、8.2、14a、20.8a、30a，脈沖寬度為50us，脈沖間隔為50us。

4）利用掃描電子顯微鏡和顯微硬度計對第3）步實驗結(jié)果進行組織性能檢測，隨著峰值電流的增加，強化層表面質(zhì)量越來越好，強化層顯微硬度值隨之增加，當峰值電流達到14a時，強化層微觀組織形貌已經(jīng)較好，平均顯微硬度可以達到800hv。

5）采用不同脈沖寬度對h13鋼進行電火花強化加工。采用峰值電流為14a時，脈沖間隔為50us，脈沖寬度分別選取30us、50us、80us、100us，放電電壓為120v，加工深度為0.1mm。

6）利用掃描電子顯微鏡和顯微硬度計對第5）步結(jié)果進行組織性能檢測，在脈沖寬度為30~50μs時獲得的強化層組織形貌及力學性能效果最好，進一步增加脈沖寬度值，強化層表面顯微硬度雖然有所增加，但強化層微觀組織內(nèi)出現(xiàn)大量空洞甚至裂紋，影響其使用。

7）采用不同脈沖間隔對h13鋼進行電火花強化加工。采用峰值電流14a，脈沖寬度為50μs，脈沖間隔分別為50us、100us、150us、210us。放電電壓為120v，加工深度為0.1mm。

8）利用掃描電子顯微鏡和顯微硬度計對第7）步結(jié)果進行組織性能檢測，當脈沖間隔小于150μs時，表面質(zhì)量良好，如圖1所示，為脈沖間隔等于50μs時，強化層微觀組織形貌，平均顯微硬度達到800hv以上。脈沖間隔的變化對強化層組織極其表面顯微硬度沒有明顯的影響。然而達到150μs時，強化層表面質(zhì)量下降，如圖2所示，為脈沖間隔等于150μs時，強化層微觀組織形貌。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種制備H13鋼高硬度電火花強化層的技術(shù)。H13鋼的高硬度電火花強化層制備技術(shù)，主要包括以下關(guān)鍵步驟：選擇電極，制備混粉，確定最佳峰值電流、脈沖寬度和脈沖間隙值。本發(fā)明采用YG8硬質(zhì)合金電極，混粉為高壓去離子水霧中混入Al粉，Al粉粒度為55～80um，濃度為20g/L。加工峰值電流為14A，脈沖寬度為30~50μs，脈沖間隙為小于150μs，獲得的強化層平均顯微硬度達到800HV以上。該技術(shù)突破了單一介質(zhì)條件下僅依靠電極材料與基體材料反應生成強化相的限制，實現(xiàn)強化材料、電極材料在高溫下與基體材料進行反應，生成多相增強體，獲得對H13鋼更優(yōu)的強化效果。該技術(shù)具有成本低、綠色、高效，且具有可處理復雜零件、處理溫度低、強化層質(zhì)量好等優(yōu)點。

技術(shù)研發(fā)人員：王井玲;楊慧;李敏
受保護的技術(shù)使用者：天津職業(yè)技術(shù)師范大學
技術(shù)研發(fā)日：2016.12.26
技術(shù)公布日：2017.08.15