面向球墨鑄鐵模具三維型面的等離子束表面合金化工藝及耐磨性研究.pdf

1、在汽車輕量化需求的驅(qū)動下，高強鋼和超高強鋼在汽車中的應(yīng)用越來越廣。高強鋼與超高強鋼一般采用熱沖壓技術(shù)進行成形。與傳統(tǒng)沖壓模具相比，熱沖壓模具不僅要求模具材料具有良好的強韌性和耐磨性，還要求較好的傳熱性能。球墨鑄鐵不但具有優(yōu)異的鑄造性能、良好的減震性、機械加工性能、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點，而且熱導(dǎo)率高于各種合金模具鋼，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車模具的制造。利用球墨鑄鐵制造熱沖壓模具不但能夠降低模具制造成本，縮短制造周期，而且可以獲得更加優(yōu)化的冷卻方

2、案，有效地提高熱沖壓成形的產(chǎn)品質(zhì)量。但是，球墨鑄鐵在高溫條件下的性能下降明顯，尤其是表面耐磨性能下降，嚴重影響熱沖壓模具的使用壽命。
　　為了解決以上問題，本文采用了面向三維模具表面的等離子束改性技術(shù)，研究了通過表面合金化的方式在球墨鑄鐵表面制備含有銅顆粒強化層的相關(guān)工藝，并對強化層的耐磨性進行了深入的研究。銅的質(zhì)地柔軟，具有優(yōu)良的減摩性能，同時銅的熱導(dǎo)率較高，通過等離子束合金化的方式將銅熔入到球墨鑄鐵的表層，不僅可以提高球墨鑄鐵

3、的表面耐磨性，而且能夠改善強化層的導(dǎo)熱性能。
　　在工藝方面，根據(jù)等離子束表面合金化技術(shù)的工藝特點，研究了主弧電流、掃描速度等基礎(chǔ)工藝參數(shù)對合金化的影響。同時，為了適應(yīng)三維等離子束表面合金化的工藝特性，本文進一步深入探討了等離子槍距工件表面距離（槍口高度）、等離子束與工件法向的夾角（偏轉(zhuǎn)角度）、等離子束掃描軌跡的間距（掃描間距）等三維工藝參數(shù)對合金化的影響。研究表明，主弧電流和掃描速度對球墨鑄鐵表層銅的融入效果以及微觀組織的演變有

4、著重要的影響；槍口高度、偏轉(zhuǎn)角度和掃描間距直接影響著熔池形態(tài)，槍口高度為4 mm時，熔池的深度和寬度達到最大值，熔池偏移量隨偏轉(zhuǎn)角度成線性變化，而且搭接的不同區(qū)域其硬度和組織存在較大差異。因此在三維等離子束表面合金化過程中需要充分考慮這些因素的影響規(guī)律，才能有效控制合金化的工藝效果。
　　在耐磨性方面，對球墨鑄鐵試樣進行合金化和熔凝處理，通過室溫和高溫下不同工藝參數(shù)的合金化試樣和熔凝試樣的摩擦磨損性能測試，研究了銅顆粒在室溫和高溫

5、范圍內(nèi)對摩擦系數(shù)和摩擦性能的影響機制，同時分析主弧電流對摩擦系數(shù)和磨損形貌的影響以及載荷對摩擦系數(shù)的影響。研究表明：在室溫和高溫下，銅的熔入，使得合金化試樣的平均摩擦系數(shù)比熔凝分別低0.04和0.065，起到很好的減摩效果，摩擦表面的粗糙程度明顯降低，黏著和犁削作用減弱；主弧電流對合金化層的室溫和高溫摩擦系數(shù)的影響規(guī)律是相反的，室溫下摩擦系數(shù)隨主弧電流的增大而增大，而高溫下摩擦系數(shù)隨主弧電流的增大而較小；在不同溫度下載荷對摩擦系數(shù)的影響