固溶處理

固溶處理

固溶處理所屬現代詞,指的是將合金加熱到高溫單相區恆溫保持,使過剩相充分溶解到固溶體中後快速冷卻,以得到過飽和固溶體的熱處理工藝。

概念

固溶處理:指將合金加熱到高溫單相區恆溫保持,使過剩相充分溶解到固溶體中後快速冷卻,以得到過飽和固溶體的熱處理工藝。

固溶設備:鋁合金固溶熱處理電爐系周期作業式電阻爐,主要用於鋁合金機件固溶處理的加熱之用。具有爐溫均勻、升溫快、入水時間短、能源消耗低等優點。是鋁合金鑄件的必須設備。

目的

固溶處理的目的:主要是改善和合金的塑性和韌性,為沉澱硬化處理作好準備等。

固溶處理與時效處理的區別

固溶熱處理:
將合金加熱至高溫單相區恆溫保持,使過剩相充
分溶速冷卻,以得到過飽和固溶體的熱處理工藝
時效處理可分為自然時效和人工時效兩種自然時效是將鑄件置於露天場地半年以上,便其緩緩地發生形,從而使殘餘應力消除或減少,人工時效是將鑄件加熱到550~650℃進行去應力退火,它比自然時效節省時間,殘餘應力去除較為徹底.
根據合金本性和用途確定採用何種時效方法。高溫下工作的鋁合金適宜用人工時效,室溫下工作的鋁合金有些採用自然時效,有些必須人工時效。
從合金強化相上來分析,含有S相和CuAl2等相的合金,一般採用自然時效,而需要在高溫下使用或為了提高合金的屈服強度時,就需要採用人工時效來強化。比如LY11和LY12,40度以下自然時效可以得到高的強度和耐蝕性,對於150度以上工作的LY12和125-250度工作的LY6鉚釘用合金則需要人時效。含有主要強化相為MgSi,MgZn2的T相的合金,只有採用人工時效強化,才能達到它的最高強度。
對於一般合金,自然時效時,屈服強度稍低而耐蝕性較好,採用人時效時,合金屈服強度較高而伸長率和耐蝕性都降低。對於鋁-鋅-鎂-銅系合金入LC4則相反,當採用人工時效時,合金耐蝕性比自然時效好。
選用不同品種鋼材作塑膠模具,其化學成分和力學性能各不相同,因此製造工藝路線不同;同樣,不同類型塑膠模具鋼採用的熱處理工藝也是不同的。本節主要介紹塑膠模具的製造工藝路線和熱處理工藝的特點。
一、塑膠模具的製造工藝路線
1.低碳鋼及低合金鋼製模具
例如,20,20Cr,20CrMnTi等鋼的工藝路線為:下料→鍛造模坯→退火→機械粗加工→冷擠壓成形→再結晶退火→機械精加工→滲碳→淬火、回火→研磨拋光→裝配。
2.高合金滲碳鋼製模具
例如12CrNi3A,12CrNi4A鋼的工藝路線為:下料→鍛造模坯→正火併高溫回火→機械粗加工→高溫回火→精加工→滲碳→淬火、回火→研磨拋光→裝配。
3.調質鋼製模具
例如,45,40Cr等鋼的工藝路線為:下料→鍛造模坯→退火→機械粗加工→調質→機械精加工→修整、拋光→裝配。
4.碳素工具鋼及合金工具鋼製模具
例如T7A~T10A,CrWMn,9SiCr等鋼的工藝路線為:下料→鍛成模坯→球化退火→機械粗加工→去應力退火→機械半精加工→機械精加工→淬火、回火→研磨拋光→裝配。
5.預硬鋼製模具
例如5NiSiCa,3Cr2Mo(P20)等鋼。對於直接使用棒料加工的,因供貨狀態已進行了預硬化處理,可直接加工成形後拋光、裝配。對於要改鍛成坯料後再加工成形的,其工藝路線為:下料→改鍛→球化退火→刨或銑六面→預硬處理(34~42HRC)→機械粗加工→去應力退火→機械精加工→拋光→裝配。
二、塑膠模具的熱處理特點
(一)滲碳鋼塑膠模的熱處理特點
1.對於有高硬度、高耐磨性和高韌性要求的塑膠模具,要選用滲碳鋼來製造,並把滲碳、淬火和低溫回火作為最終熱處理。
2.對滲碳層的要求,一般滲碳層的厚度為0.8~1.5mm,當壓制含硬質填料的塑膠時模具滲碳層厚度要求為1.3~1.5mm,壓制軟性塑膠時滲碳層厚度為0.8~1.2mm。滲碳層的含碳量為0.7%~1.0%為佳。若採用碳、氮共滲,則耐磨性、耐腐蝕性、抗氧化、防粘性就更好。
3.滲碳溫度一般在900~920℃,複雜型腔的小型模具可取840~860℃中溫碳氮共滲。滲碳保溫時間為5~10h,具體應根據對滲層厚度的要求來選擇。滲碳工藝以採用分級滲碳工藝為宜,即高溫階段(900~920℃)以快速將碳滲入零件表層為主;中溫階段(820~840℃)以增加滲碳層厚度為主,這樣在滲碳層內建立均勻合理的碳濃度梯度分布,便於直接淬火。
4.滲碳後的淬火工藝按鋼種不同,滲碳後可分別採用:重新加熱淬火;分級滲碳後直接淬火(如合金滲碳鋼);中溫碳氮共滲後直接淬火(如用工業純鐵或低碳鋼冷擠壓成形的小型精密模具);滲碳後空冷淬火(如高合金滲碳鋼製造的大、中型模具)。
(二)淬硬鋼塑膠模的熱處理
1.形狀比較複雜的模具,在粗加工以後即進行熱處理,然後進行精加工,才能保證熱處理時變形最小,對於精密模具,變形應小於0.05%。
2.塑膠模型腔表面要求十分嚴格,因此在淬火加熱過程中要確保型腔表面不氧化、不脫碳、不侵蝕、不過熱等。應在保護氣氛爐中或在嚴格脫後的鹽浴爐中加熱,若採用普通箱式電阻爐加熱,應在模腔面上塗保護劑,同時要控制加熱速度,冷卻時應選擇比較緩和的冷卻介質,控制冷卻速度,以避免在淬火過程中產生變形、開裂而報廢。一般以熱浴淬火為佳,也可採用預冷淬火的方式。
3.淬火後應及時回火,回火溫度要高於模具的工作溫度,回火時間應充分,長短視模具材料和斷面尺寸而定,但至少要在40~60min以上。
(三)預硬鋼塑膠模的熱處理
1.預硬鋼是以預硬態供貨的,一般不需熱處理,但有時需進行改鍛,改鍛後的模坯必須進行熱處理。
2.預硬鋼的預先熱處理通常採用球化退火,目的是消除鍛造應力,獲得均勻的球狀珠光體組織,降低硬度,提高塑性,改善模坯的切削加工性能或冷擠壓成形性能。
3.預硬鋼的預硬處理工藝簡單,多數採用調質處理,調質後獲得回火索氏體組織。高溫回火的溫度範圍很寬能夠滿足模具的各種工作硬度要求。由於這類鋼淬透性良好,淬火時可採用油冷、空冷或硝鹽分級淬火。表3-27為部分預硬鋼的預硬處理工藝,供參考。
表3-27 部分預硬鋼的預硬處理工藝
鋼 號 加熱溫度/℃ 冷卻方式 回火溫度/℃ 預硬硬度HRC
3Cr2Mo 830~840 油冷或160~180℃硝鹽分級 580~650 28~36
5NiSCa 880~930 油冷 550~680 30~45
8Cr2MnWMoVS 860~900 油或空冷 550~620 42~48
P4410 830~860 油冷或硝鹽分級 550~650 35~41
SM1 830~850 油冷 620~660 36~42
(四)時效硬化鋼塑膠模的熱處理
1.時效硬化鋼的熱處理工藝分兩步基本工序。首先進行固溶處理,即把鋼加熱到高溫,使各種合金元素溶入奧氏體中,完成奧氏體後淬火獲得馬氏體組織。第二步進行時效處理,利用時效強化達到最後要求的力學性能。
2.固溶處理加熱一般在鹽浴爐、箱式爐中進行,加熱時間分別可取:1min/mm、2~2.5min/mm,淬火採用油冷,淬透性好的鋼種也可空冷。如果鍛造模坯時能準確控制終鍛溫度,鍛造後可直接進行固溶淬火。
3.時效處理最好在真空爐中進行,若在箱式爐中進行,為防模腔表面氧化,爐內須通入保護氣氛,或者用氧化鋁粉、石墨粉、鑄鐵屑,在裝箱保護條件下進行時效。裝箱保護加熱要適當延長保溫時間,否則難以達到時效效果。部分時效硬化型塑膠模具鋼的熱處理規範可參照表3-28。
表3-28 部分時效硬化鋼的熱處理規範
鋼 號 固溶處理工藝 時效處理工藝 時效硬度HRC
06Ni6CrMoVTiAl 800~850℃油冷 510~530℃×(6~8)h 43~48
PMS 800~850℃空冷 510~530℃×(3~5)h 41~43
25CrNi3MoAl 880℃水淬或空冷 520~540℃×(6~8)h 39~42
SM2 900℃×2h油冷+700℃×2h 510℃×10h 39~40
PCR 1050℃固溶空冷 460~480℃×4h 42~44
三、塑膠模的表面處理
為了提高塑膠模表面耐磨性和耐蝕性,常對其進行適當的表面處理。
1.塑膠模鍍鉻是一種套用最多的表面處理方法,鍍鉻層在大氣中具有強烈的鈍化能力,能長久保持金屬光澤,在多種酸性介質中均不發生化學反應。鍍層硬度達1000HV,因而具有優良的耐磨性。鍍鉻層還具有較高的耐熱性,在空氣中加熱到500℃時其外觀和硬度仍無明顯變化。
2.滲氮具有處理溫度低(一般為550~570℃),模具變形甚微和滲層硬度高(可達1000~1200HV)等優點,因而也非常適合塑膠模的表面處理。含有鉻、鉬、鋁、和鈦等合金元素的鋼種比碳鋼有更好的滲氮性能,用作塑膠模時進行滲氮處理可大大提高耐磨性。
適於塑膠模的表面處理方法還有:氮碳共滲、化學鍍鎳、離子鍍氮化鈦、碳化鈦或碳氮化鈦,PVD、CVD法沉積硬質膜或超硬膜

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