Азотирование литейной стали H13: контроль технологических параметров и анализ видов отказов для форм для литья алюминия
Азотирование повышает поверхностную твердость, антиадгезионные свойства и износостойкость форм из стали H13. Температура азотирования, время выдержки, состояние предварительной термообработки перед азотированием и подготовка поверхности определяют качество азотированного слоя для форм, используемых в литье под давлением (LPDC), гравитационном литье и литье под противодавлением (CPC).
Структура и состав азотированного слоя: сложённый слой плюс диффузионный слой. Сложённый слой обеспечивает защиту от прилипания алюминия; диффузионный слой поддерживает градиент твёрдости, предотвращая отслоение слоя при циклических термомеханических нагрузках для форм, используемых при литье конструкционных деталей для электромобилей.
Требования к азотированному слою для форм для литья алюминия: общая глубина азотирования 0,12–0,20 мм; толщина сложённого слоя должна контролироваться в пределах 5–12 мкм. Слишком толстый сложный слой создает риск хрупкости при термоциклировании форм для литья под противодавлением CPC.
Требования к предварительному азотированию: основа формы должна пройти закалку и отпуск. Неотпущенная или обезуглероженная основа не позволяет получить качественный азотированный слой; поверхностное обезуглероживание невозможно устранить лишь посредством последующего азотирования для форм для литья самотеком.
Диапазон температур азотирования: 490–530 ℃. Температура ниже 480 ℃ приводит к слишком низкой скорости азотирования; температура выше 550 ℃ вызывает отпусковое размягчение основания, в результате чего твердость материала H13 резко снижается для форм литья методом LPDC.
Подготовка поверхности перед азотированием: необходимо полностью удалить следы полировки, масляные остатки, ржавчину и окислительную корку. Локальное загрязнение маслом создает «слепые зоны», не подвергающиеся азотированию, которые становятся начальными точками прилипания алюминия при литье алюминиевых форм.
Распространенный дефект 1: отслоение азотированного слоя. Основные причины: чрезмерно толстый хрупкий слоёвой состав; недостаточная твёрдость основного материала; остаточные напряжения на поверхности после механической обработки; сильный термический шок при производстве партий конструкционных деталей для электромобилей.
Распространённый дефект 2: неравномерная глубина азотирования. Вызвано плохим потоком газа внутри азотирующей печи; в глубоких углублениях полости достигается недостаточная глубина азотирования; дефект прилипания преимущественно возникает в этих местах на формах для литья под противодавлением CPC.
Запрещённые операции после азотирования: интенсивный шлифование или сильная полировка удаляют защитный азотированный слой. Допускается незначительная финишная обработка; при техническом обслуживании форм для гравитационного литья строго следует избегать обработки функциональной поверхности полости на глубину более 0,03 мм.
Ограничения при локальном повторном азотировании: перед ремонтом азотированием требуется полное удаление старого азотированного слоя. Остатки старого азотированного слоя препятствуют диффузии новых атомов азота и приводят к плохой адгезии между новым и старым слоями при ремонте форм для литья методом LPDC.
Пункты приемочного контроля на месте: общая глубина азотирования, толщина слоя соединения, твердость поверхности, металлографический контроль структуры слоя. Опираясь исключительно на испытание твердости поверхности, невозможно в полной мере оценить качество азотирования для проекта литья алюминия.
Напоминание при трансграничных закупках форм: четко определите металлографические спецификации азотирования в техническом чертеже. Многие зарубежные поставщики гарантируют только показатель твердости поверхности, игнорируя контроль толщины слоя соединения, что приводит к преждевременным отказам в виде прилипания и отслоения.
(Количество слов: 894)
Часто задаваемые вопросы
В: Каковы два подслоя полного азотированного слоя на формовочной стали H13?
О: Поверхностный сложённый слой и расположенный под ним диффузионный слой.
В: Каков целевой диапазон общей глубины азотирования для полости формы H13 для литья алюминия?
О: Общая глубина азотирования — 0,12–0,20 мм; толщина слоя соединения — 5–12 мкм.
В: Какие негативные последствия возникают, если температура азотирования стали H13 превышает 550 °C?
О: Основание формы подвергается отпусковому размягчению, а твердость материала значительно снижается.
В: Почему обезуглероженную основу формы невозможно восстановить с помощью азотирования?
О: Азотирование не может устранить дефект обезуглероживания поверхности основы, дефицит эксплуатационных характеристик сохраняется.
В: Каковы основные причины отслоения азотированного слоя при эксплуатации отливок?
О: Чрезмерно толстый хрупкий сложённый слой, низкая твёрдость основы, остаточные напряжения, сильный термический шок.
В: Каких ограничений по послеазотировальной обработке поверхности следует придерживаться для полости формы?
О: Следует избегать интенсивного шлифования/полирования; снятие материала при финишной обработке не должно превышать 0,03 мм.
В: Почему одного только испытания твердости поверхности недостаточно для приемки азотированного слоя?
О: Твердость не может отразить толщину слоя, качество сцепления и общую глубину диффузии.
