热作模具及其表面的复合改性层和表面改性方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109837365A(43)申请公布日2019.06.04(21)申请号201711203377.7(22)申请日2017.11.27(71)申请人上海交通大学地址200030上海市徐汇区上海市华山路1954号申请人株式会社日立制作所(72)发明人王博赵幸锋顾剑锋(74)专利代理机构上海华诚知识产权代理有限公司31300代理人肖华(51)Int.Cl.C21D1/06(2006.01)C21D1/09(2006.01)C21D7/06(2006.01)B22D17/22(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图2页(54)发明名称热作模具及其表面的复合改性层和表面改性方法(57)摘要本发明涉及金属材料的表面改性领域，公开了一种热作模具及其表面的复合改性层和表面改性方法。本发明的复合改性层包括位于热作模具次外层的塑性变形层和与塑性变形层连接的位于热作模具最外层的马氏体层。本发明在保留了塑性变形层的高抗热疲劳性能的同时，能够通过马氏体层有效避免热作模具表面热裂纹沿细晶晶界快速扩散的缺陷。CN109837365ACN109837365A权利要求书1/1页1.一种热作模具表面的复合改性层，其特征在于，所述复合改性层包括位于所述热作模具次外层的塑性变形层和与所述塑性变形层连接的位于所述热作模具最外层的马氏体层。2.如权利要求1所述的复合改性层，其特征在于，所述复合改性层满足如下条件中的至少一项：所述塑性变形层的厚度为10～100μm；所述马氏体层的厚度为1～10μm；所述塑性变形层是通过对所述热塑模具的表面进行喷丸处理得到的；所述马氏体层是通过对所述塑性变形层的表面进行表面淬火处理得到的。3.如权利要求1或2所述的复合改性层，其特征在于，所述热作模具为铝合金压铸模具。4.一种热作模具的表面改性方法，其特征在于，包括以下步骤：通过塑性变形技术在所述热作模具的表面生成塑性变形层；对所述塑性变形层的表面进行表面淬火处理生成马氏体层。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述通过塑性变形技术在所述热作模具的表面生成塑性变形层的步骤包括：通过表面纳米化技术在所述热作模具的表面生成所述塑性变形层。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述表面纳米化技术为喷丸处理技术。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述喷丸处理技术的处理参数满足下列中的任一项：弹丸直径为0.6～2mm；喷丸强度为0.10～0.50Amm；覆盖率为100～300％。8.如权利要求4至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述表面淬火处理为激光加热表面淬火处理。9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述激光加热表面淬火处理的处理参数满足下列中的任一项：输入功率为200～600W；扫描速度为30～50mm/s；光斑直径为1.0～3.0mm。10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述塑性变形层的厚度为1～100μm；所述马氏体层的厚度为0.1～10μm；所述热作模具为铝合金压铸模具。11.一种热作模具，其特征在于，表面具有权利要求1至3中任一项所述的复合改性层；或者所述热作模具的表面是通过权利要求4至10中任一项所述的方法进行改性的。2CN109837365A说明书1/5页热作模具及其表面的复合改性层和表面改性方法技术领域[0001]本发明涉及金属材料的表面改性领域，特别涉及一种热作模具及其表面的复合改性层和表面改性方法。背景技术[0002]随着工业制造水平的提高及生产规模的扩大，越来越多的铝合金产品相继问世，并广泛用于电子、汽车、飞机及一些器械零件上，其中不少属于铝合金压铸产品。铝合金压铸模是在压力铸造成形工艺中，用以成形铸件所使用的金属模具，常见的有H13钢、3Cr2W8V等。通常情况下，铝合金压铸模的服役条件极为苛刻，温度在650～730℃范围内的铝液以40～180m/s的速度压入模腔，并造成20～120MPa的内压力。因此压铸模是铝合金压铸生产线上的易损耗材，其常见失效形式包括热疲劳、熔损、磨损及腐蚀等，其中热疲劳是其最主要的失效形式。[0003]有关提高铝合金压铸模热疲劳性能的研究已有大量报道，并指出热疲劳性能与零件表层强度、承载能力、晶粒尺寸及残余压应力等密切相关。目前提高铝合金压铸模具钢热疲劳性能的方法大多集中在表面改性领域，如表面化学热处理、表面大塑性变形及表面激光热处理等。近年来，喷丸强化(也可以称为喷丸处理技术)作为一种典型的表面塑性变形方法，因技术简单、处理成本低、普适性高等优点，已逐渐成为提高材料强度、可靠性和寿命的主流手段之一。其通常是在外加载荷的重复作用下，将材料表层组织通过不同方向产生的强烈塑性变形而逐渐细化，引入位错、晶界等微观缺陷，在不损失韧性的基础上大幅度提高