熱作模具鋼表面TiAlN滲-渡復(fù)合層的性能研究.pdf

1、H13鋼作為一種常見的鋁壓鑄熱作模具鋼，在實際生產(chǎn)中既要承受加熱和冷卻反復(fù)交替引起的熱沖擊載荷，又要承受高機械載荷，而且表面會與熔融鋁液直接接觸，工作環(huán)境十分惡劣，模具會發(fā)生熱疲勞、脆性斷裂、變形、表面磨損及熔損等失效。熱作模具失效的產(chǎn)生一般從模具表面開始，因此采用表面處理技術(shù)手段來提高熱作模具的綜合使用壽命具有顯著意義。
　　本文采用閉合場非平衡磁控濺射離子鍍和離子滲氮技術(shù)，在H13鋼未滲氮基體和離子氮化后不同表面過渡處理基體上

2、沉積TiAlN鍍層，在其表面形成不同結(jié)構(gòu)的滲/鍍復(fù)合層。采用壓痕和劃痕法試驗研究滲氮基體不同表面過渡處理對滲/鍍復(fù)合層微觀形貌及承載能力的影響;通過掃描電鏡和光學(xué)顯微鏡觀測滲鍍復(fù)合層厚度、表面和截面形貌;采用EDS和XRD手段檢測TiAlN鍍層的成分和相結(jié)構(gòu);在自行設(shè)計的模擬實際生產(chǎn)鋁液接觸熱疲勞試驗裝置上進行標準熱疲勞試樣的熱疲勞性能檢測，對比未滲氮基體的單一鍍層和滲/鍍復(fù)合層試樣的熱疲勞裂紋形貌和基體軟化差異，用壓入法研究了熱疲勞試

3、驗前后的鍍層結(jié)合強度和開裂形貌變化;采用對磨WC-Co的常溫球盤磨損試驗對比研究了滲/鍍復(fù)合層的摩擦學(xué)性能，觀察分析了磨損形貌特征和磨損機理。主要結(jié)論如下:
　　1.滲氮H13鋼的表面拋光過渡處理有助于之后基體表面沉積的鍍層結(jié)構(gòu)致密，提高其結(jié)合強度及承載能力;而滲氮基體的表面疏松層可使?jié)B/鍍復(fù)合層的表面缺陷增多、晶柱露頭尺寸不均勻;在壓入載荷條件下，滲氮層通過減少壓頭下方基體表層的塑性變形區(qū)，來改善“硬鍍層/軟基體”間形變的不協(xié)調(diào)

4、性，從而提高滲/鍍復(fù)合體系的抗壓入承載能力;在劃擦條件下，滲氮基體未去除疏松層的試樣，鍍層易產(chǎn)生剝落失效，抗劃擦能力下降。
　　2.基體硬度、塑性和韌性會影響熱疲勞裂紋萌生和擴展。在熱疲勞循環(huán)過程中，表面局部區(qū)域的缺陷會使得熱應(yīng)力集中，缺陷處更易萌生裂紋。去除表面稀疏化合物層以及拋光處理有利于減少復(fù)合層表面缺陷，因此能有效地抑制抑制熱疲勞裂紋萌生。滲氮層的存在能一定程度抑制基體表層軟化，可以保證鍍層在高承載條件下不易發(fā)生開裂剝落失