本發(fā)明涉及熱作模具鋼的電火花強化層制備領域。

　　背景技術：

　　模具是工業(yè)生產(chǎn)中的重要工藝裝備，在很大程度上決定著產(chǎn)品的質量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。模具鋼主要分為：冷作模具鋼、熱作模具鋼和塑料模具鋼3大類。熱作模具鋼主要用于制造在高溫環(huán)境下工作的模具。在熱作模具鋼中，h13(4cr5mosiv1)鋼是最具有代表性的新型模具鋼，因具有優(yōu)異的性能，被廣泛用于制備熱擠壓成型模具等熱作模具，其主要失效形式為磨損、高溫氧化、腐蝕等，且這些缺陷大多從表面開始，如何提高其耐磨性、耐腐蝕等表面性能引起了研究人員的廣泛關注。

　　常用的模具表面強化方法有：化學熱處理、微弧氧化、離子注入、激光熔敷濕法電鍍、堆焊、物理氣象沉積法(pvd)、化學氣象沉積法(cvd)、等離子體增強化學氣相沉積（pecvd）等。每種處理方法都存在工藝復雜、設備昂貴或者強化層質量不高等缺陷。電火花表面強化技術作為電火花微細加工領域重要的延伸和拓展，因具有成本低、基體不變形，強化層耐磨耐腐蝕等優(yōu)點，越來越多的被應用在模具表面強化。傳統(tǒng)的電火花表面強化大都在有一定絕緣性能的液體介質中進行。盡管煤油被普遍認為是適合于電火花成形加工的工作介質，但是油類作為工作介質在加工過程中存在很多缺點，不符合綠色制造的理念。水基工作液下電極的損耗較低，工件表面粗糙度較好，工作液對人體和環(huán)境無污染。但水基工作液存在易銹蝕機床、蝕除量少、加工效率低等缺陷。并且由于工作液的氣化及膨脹對熔化并轉移到工件表面的電極強化材料有很強的沖刷作用，不利于沉積層的形成。

　　h13鋼的電火花強化層制備技術，突破了以往單一介質條件下僅依靠電極材料與基體材料反應生成強化相的限制，利用準干式介質（氣液混合）中混入強化粉末材料，實現(xiàn)強化材料、電極材料在高溫下與基體材料進行反應，生成多相增強體，獲得對h13鋼更優(yōu)的強化效果。

　　技術實現(xiàn)要素：

　　本發(fā)明的目的是為了解決目前h13鋼的表面強化的問題，現(xiàn)采用電火花表面強化的方法，提出混粉準干式條件下獲得高質量強化層的加工參數(shù)，制備出高硬度、耐磨強化層，具有低能耗、低成本、高質量的優(yōu)點。

　　為了到達上述目的本發(fā)明采用的方案如下。

　　1）制備混粉介質。高壓去離子水霧中混入al粉，al粉粒度為55～80um，濃度為20g/l。

　　2）對h13鋼基體進行電火花強化加工。采用yg8電極，加工深度為0.1mm，放電電壓為120v，峰值電流分別選擇2.9a、8.2、14a、20.8a、30a，脈沖寬度為50us，脈沖間隔為50us。

　　3）不同電流下強化結果分析。隨著峰值電流的增加，強化層表面質量越來越好，強化層顯微硬度值隨之增加，當峰值電流達到14a時，已可獲得較好的強化層微觀組織形貌。

　　4）不同脈沖寬度參數(shù)下強化結果分析。采用峰值電流為14a時，脈沖間隔為50us，脈沖寬度分別選取30us、50us、80us、100us，放電電壓為120v，修整深度為0.1mm。脈沖寬度在30~50μs時，獲得的強化層組織形貌及力學性能效果最好，進一步增加脈沖寬度值，強化層表面顯微硬度雖然有所增加，但強化層微觀組織內出現(xiàn)大量空洞甚至裂紋，影響其使用。

　　5）不同脈沖間隔參數(shù)下強化結果分析。峰值電流為14a，脈沖寬度為50μs，脈沖間隔分別為50us、100us、150us、210us。放電電壓為120v，加工深度為0.1mm。當脈沖間隔小于150μs時，脈沖間隔的變化對強化層組織極其表面顯微硬度沒有明顯的影響。達到150μs時強化層表面質量下降。

　　本發(fā)明的優(yōu)點在于：在混粉準干式(霧狀工作介質中混入al粉末材料)介質條件下對熱作模具鋼h13鋼進行電火花強化，獲得強化工藝的最佳電參數(shù)，電流為14a，脈沖寬度為=30-50μ，脈沖間隔小于150μs，形成質量較好的電火花強化層，平均顯微硬度達到800hv以上。該技術對加工條件要求不高、成本低、綠色、高效，且具有可處理復雜零件、處理溫度低、強化層質量好等優(yōu)點。

　　附圖說明：圖1是該發(fā)明中，峰值電流14a，脈沖寬度50μs，脈沖間隔50us時強化層微觀組織形貌；圖2是該發(fā)明中，峰值電流14a，脈沖寬度50μs，脈沖間隔150us時強化層微觀組織形貌。

　　具體實施方式：

　　實例1：

　　1）制備混粉介質。高壓去離子水霧中混入al粉，為55～80um，濃度為20g/l。

　　2）將h13鋼毛坯切割成10mm×10mm×6mm的長方體，表面進行打磨。

　　3）對h13鋼基體進行電火花強化加工。在北京安德建奇數(shù)字設備有限公司生產(chǎn)的af1100數(shù)控電火花成型機上，采用yg8電極，加工深度為0.1mm，放電電壓為120v，峰值電流分別選擇2.9a、8.2、14a、20.8a、30a，脈沖寬度為50us，脈沖間隔為50us。

　　4）利用掃描電子顯微鏡和顯微硬度計對第3）步實驗結果進行組織性能檢測，隨著峰值電流的增加，強化層表面質量越來越好，強化層顯微硬度值隨之增加，當峰值電流達到14a時，強化層微觀組織形貌已經(jīng)較好，平均顯微硬度可以達到800hv。

　　5）采用不同脈沖寬度對h13鋼進行電火花強化加工。采用峰值電流為14a時，脈沖間隔為50us，脈沖寬度分別選取30us、50us、80us、100us，放電電壓為120v，加工深度為0.1mm。

　　6）利用掃描電子顯微鏡和顯微硬度計對第5）步結果進行組織性能檢測，在脈沖寬度為30~50μs時獲得的強化層組織形貌及力學性能效果最好，進一步增加脈沖寬度值，強化層表面顯微硬度雖然有所增加，但強化層微觀組織內出現(xiàn)大量空洞甚至裂紋，影響其使用。

　　7）采用不同脈沖間隔對h13鋼進行電火花強化加工。采用峰值電流14a，脈沖寬度為50μs，脈沖間隔分別為50us、100us、150us、210us。放電電壓為120v，加工深度為0.1mm。

　　8）利用掃描電子顯微鏡和顯微硬度計對第7）步結果進行組織性能檢測，當脈沖間隔小于150μs時，表面質量良好，如圖1所示，為脈沖間隔等于50μs時，強化層微觀組織形貌，平均顯微硬度達到800hv以上。脈沖間隔的變化對強化層組織極其表面顯微硬度沒有明顯的影響。然而達到150μs時，強化層表面質量下降，如圖2所示，為脈沖間隔等于150μs時，強化層微觀組織形貌。

　　技術特征：技術總結