熱間金型の熱処理と表面処理

金型の性能は、熱処理によって金型鋼の靭性が向上し、金型の寿命が大幅に向上するため、熱処理技術の影響を受けます。 熱間金型の作業条件は非常に過酷で複雑です。なぜなら、それらはすべて加熱されたビレットまたは液体金属と直接接触する必要があり、プロセス全体で繰り返し加熱および冷却されるからです。同時に衝撃荷重の影響もあります。したがって、熱間金型の使用を満たすために、熱間金型鋼の性能要件は非常に厳格です。熱処理や表面処理技術により金型の性能指標を向上させ、金型寿命の向上を推進します。

熱処理とは?

熱処理は、金属の熱処理プロセスです。目的の構造と特性を得るために、固体状態の材料を加熱、保温、および冷却する手段を指します。

金属の熱処理は機械製造における重要な工程の一つです。 他のプロセスと比較して、熱処理は一般にワークピースの形状や全体的な化学組成を変化させません。 熱処理とは、ワークピース内部の微細構造を変化させたり、ワークピース表面の化学組成を変化させたりすることにより、ワークピースの性能を付与または改善することです。熱処理はワークピースの本質的な品質を向上させるためのものであり、この変化は通常、肉眼では見えません。

熱間ダイス鋼

熱間加工金型鋼は、熱間鍛造金型、熱間押出金型、ダイカスト金型など、金属を加熱した状態で変形させる金型を作るために使用されます。 、および高速鍛造金型 .

熱間ダイス鋼の作業条件と性能要件

熱間加工金型は、加工時の衝撃力が大きく、金型キャビティが高温の金属と接触し、加熱と冷却を繰り返すなど、使用条件が過酷です。熱間加工用金型の使用要件を満たすために、熱間加工用金型鋼は次の特性を備えている必要があります。高温強度が高く、靭性が良好です。優れた耐摩耗性と高い熱安定性を備えています。耐熱疲労性に優れ、焼入れ性が高い。良好な熱伝導率と良好な成形プロセス性能を備えています。

合金処理

熱間加工用ダイス鋼の炭素の質量分率は、必要な強度、硬度、耐摩耗性、靭性を得るために、一般に (0.3% ~ 0.6%) C に維持されます。炭素含有量が高すぎると、靭性と熱​​伝導率が低下し、炭素含有量が低すぎると、強度、硬度、および耐摩耗性を保証することが困難になります。

クロムは焼入れ性と焼戻し安定性を向上させます ニッケルとクロムの共存は、焼入れ性を向上させるだけでなく、総合的な機械的特性も向上させます。マンガンは焼入れ性と強度を高めますが、靭性を低下させます。モリブデン、タングステン、バナジウムなどは、二次硬化を生成し、赤色硬度、焼き戻し安定性、耐熱疲労性、および結晶粒微細化を改善します。

熱処理工程

熱処理工程は、一般に加熱、保温、冷却の３工程からなり、加熱と冷却の２工程のみの場合もある。これらのプロセスはつながっており、中断することはできません。

• 暖房

加熱は熱処理の重要な工程の一つで、多くの加熱方法があります。熱源としての木炭と石炭の最も初期の使用、および液体およびガス燃料の最近の適用。電気を利用することで、加熱の制御が容易になり、環境汚染がなくなります。

金属が加熱されると、ワークピースが空気にさらされるため、酸化と脱炭が頻繁に発生し、熱処理後の部品の表面特性を助長しません。したがって、金属は、制御された雰囲気または保護雰囲気、溶融塩および真空、またはコーティングによる保護加熱、および包装方法で加熱する必要があります。加熱温度は、熱処理プロセスの重要なプロセス パラメータの 1 つです。加熱温度の選択と制御は、熱処理の品質を確保するための主要な問題です。

• 保温

加熱温度は、熱処理の目的や処理する金属材料によって異なるが、一般的には高温組織を得るために相転移温度以上に加熱する。ただし、変形には一定の時間がかかるため、金属加工物の表面が必要な加熱温度に達したら、一定時間この温度に維持する必要があります。これにより、内部温度と外部温度が一定になり、微細構造が完全に変形します。この期間は保温時間と呼ばれます。

• 冷却

熱処理工程においても冷却は欠かせない工程です。冷却方法はプロセスによって異なり、主に冷却速度を制御します。一般に、焼鈍の冷却速度が最も遅く、焼きならしの冷却速度が速く、焼入れの冷却速度が最も速い。ただし、鋼種が異なるため、要件も異なります。

ダイス鋼の表面処理技術

一般的に使用される表面強化技術は、化学熱処理、高エネルギー ビームによる表面強化、物理蒸着または化学蒸着です。

一般的な化学熱処理は、浸炭、窒化、ホウ素化などです。 これらの表面処理プロセスは伝統的なプロセスであり、他のプロセスと比較して低コストで信頼性が高いという特徴があり、多くのオプションもあります。

高エネルギービーム表面強化技術の特徴は、加熱速度が速く、ワークの変形が少なく、冷却媒体がなく、制御性が良く、自動制御を実現しやすいことです。高エネルギービーム表面強化技術の中で、レーザー表面改質は最も多くの研究用途を持っています。現在、レーザー表面処理の研究は、この技術の制御性が良く、基板への影響が少ないという特徴を主に利用し、他の技術を組み合わせて新しいプロセス研究を行っています。

蒸着は、化学蒸着と物理蒸着に分けられます。 これらの方法は、主に金型の表面にセラミック コーティングを形成するために使用されますが、セラミック コーティングの適用に関する最大の問題は、セラミック コーティングの熱膨張性能が金型鋼マトリックスと一致しないことです。コーティングの初期のひび割れ。したがって、セラミックコーティング前のプラズマ窒化は、セラミックコーティングと基材との間の結合力を改善する有効な方法であり、熱間金型の寿命の改善に大きな効果があります。しかし、単層、多層、窒化との組み合わせなど、各種セラミックスコーティングは、必然的に母材との熱膨張性能差が生じるため、金型の熱疲労性能に影響を与えます。したがって、複合コーティングシステムが必要です。複合コーティングシステムは、ダイカスト金型の表面に、溶接防止、溶融損失防止、酸化防止、耐摩耗性の機能を持たせることができます。このコーティングシステムの最大の特徴は、金型への熱伝導を抑え、金型の温度変化を遅くし、金型鋼の耐熱疲労性を向上させることです。

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