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| 提高压铸冲头使用寿命的试验研究 | |
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摘要：从冲头磨损的机理分析入手．采用45号中碳钢．经渗硼处理，提高表面硬度和韧性，可使其使用寿命在原来的基础上提高6-10倍。
压铸冲头所处的工况条件十分恶劣，使用寿命很低。少数工厂采用耐热合金钢冲头，其使用寿命也只有十余个班次。而采用球墨铸铁作为冲头材料其使用寿命则更低。由此因停机而造成的经济损失，仅以一个中等生产规模的压铸单位为例，每年就达数万元，其中尚未计入如材料、工时及电力消耗等损失。本课题所研究的主要目的，从改变原有的冲头材料着手，放弃那些性能不够稳定且又难以及时供应的球墨铸铁，改用来源丰富、质量有保证、价格合理、规格统一的45号中碳钢材料，通过表面强化处理，提高表面硬度和韧性，使其寿命在原来的基础上提高6-10倍，从而取得了良好的经济效益和社会效益。
1 冲头磨损的机理分析
当两种材料的表面相对滑动时，由于材料表面原子之间存在着吸力，在其接触表面会出现粘着现象。当两个表面紧靠且又沿着法向分离或沿切向移动时，原子吸力倾向于将一个表面材料拉向另一个表面，而形成磨屑，其磨损量的大小，可用J. F. Archard公式加以表达：磨损量（磨损体积V)与载荷L及距离X成正比，而与磨损表面硬度P成反比，即：
V=KLX／3P （1）
式中：K为磨擦系数。K与润滑条件、相配的摩擦金属有关。
此外，磨损体积与构成磨擦付材料的不同硬度之间，存在着平方反比关系。如令Vs和Ps分别代表磨擦付中较软材料的磨损体积和表面硬度；Vh和Ph代表较硬材料的磨损体积和表面硬度，则其间的关系，可按下式表达。
(VS／Vh) 2 = (Ph／PS) 2 (2)
从摩擦系数K及公式(2)中得知：为了减少粘着磨损，在选用材料时应注意：1)要求减少磨损的表面应选用硬的材料；2)应选用表面之间相互作用小或不相容的配对材料作摩擦付。
因此，我们研究工作的重点放在：为了减少粘着磨损，可以通过提高硬度和改变配对材料的种类并使用润滑剂来解决。
2 试验条件
2．1选择试验用的工件材料的依据
工件（冲头）采用了45号中碳钢，此种钢种属于调质钢，最适宜作渗硼处理。其渗硼后的组织表面，可以获得锯齿状的硼化物，与基体结合牢固，耐磨性好，而且还可以通过渗硼后的淬火、回火来提高基体强度。45号中碳钢的淬火温度都在840^860℃范围，与现有的渗硼温度接近，使渗后的工件可以直接淬火，减少加热次数、节约能源、降低成本。
2．2试验用的渗剂材料
本试验采用固体粉末渗剂，取其操作简单方便，不需添置专用设备，渗后容易与工件分离，便于在生产中推广应用等诸方面的优点。
粉末渗剂的主要组成物中计有：碳化硼(B4C），为提供硼原子的主要来源，以氟硼酸钾
(KBF4）作为活化剂，可加速催渗过程，以碳化硅(SiC)作为载体（填充剂）。
固体粉末渗硼原理属于气态催化反应的气相渗硼。氟硼酸钾是活性很高的成分，在530 0C就可分解，到800 OC即全部分解，其所分解出来的气态和固态硼化物，都是促进渗硼的重要物质，是提高渗剂活性和参与渗硼化学反应最重要的气体。在渗硼温度下由KBF4热分解所形成的气态BF3的反应式如下：
KBF4>530 0C KF+BF3 ↑
BF3在渗硼温度下与B4C中因氧化而形成的B203发生强烈的还原反应而生成低价的次氧化硼（B202)而促进渗硼过程，即：
2 B203 +2BF3 =3B202+3F2 ↑
此处的B202是一种极不稳定的氧化物，会按下式分解，形成稳定的B2C3同时释放出活性硼原子：
3B203 =2B203+2 [B]
氟硼酸钾热分解生成的BF3可与B4C直接产生下列反应，析出硼原子和低价的BF2:
2BF3+B4C=3BF2 ↑ +3 [B] +C
氟硼酸钾还与B,C在氧的参与下，直接进行下述化学反应而析出硼原子：
2KBF4+B4C+02 =K20+4BF2 ↑+2「B〕+CO ↑
以上两式的反应产物中均有BF2生成，而BF2又因不稳定而分解，析出硼原子。由此可以确定，以B4C为供硼剂的渗剂活性好、渗速快，这也是我们选用渗剂的理论基础。
2. 3试验的工艺参数
一般视零件的具体要求来加以选择。凡是要求变形小而渗硼层较薄者可在临界点(ACl)以下进行，反之可再提高渗硼温度。本试验中选取的处理温度为9000C，保温时间取4小时。
2．4工件试样标准
本工件试样选用最常用的J1113型压铸机上的Φ40-0.05-0.08冲头作为标准，见图1。 （图片） 45钢渗硼表面与熔融合金的相互作用 （图片） | |
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