[发明专利]一种耐磨铸球生产模具的表面强化层及其制作方法及具有其的模具

说明书

技术领域

本发明属于磨球金属型铸造模具表面强化处理技术领域，尤其涉及一种耐磨铸球生产模具的表面强化层及其制作方法及具有其的模具。

背景技术

目前，耐磨铸球生产模具主要有三种：潮模砂铸造(适用于小球)、水玻璃砂铁模铸造、铁模覆砂(覆膜砂)铸造。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：由于耐磨铸球含铬高，浇注温度高，甚至高达1500℃，因此水玻璃砂铁模使用寿命短，成本高。长期使用金属液会使铁模铸型内腔出现崩落、熔损、龟裂等问题从而导致模具失效。

为了解决由于长期使用而使铁模铸型内腔出现崩落、熔损、龟裂等问题，铁模覆砂(覆膜砂)铸造得到了发展。铁模覆砂在金属型内腔覆上一薄层(4～8mm)型砂而形成铸型的一种铸造工艺，每浇注一次需要更换覆砂模，需要具备覆砂模射砂生产线，这些都增大生产成本。覆膜砂模散热较慢，降低了产品质量、表面粗糙及生产效率低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有耐高温、抗氧化、防金属液烧蚀、防粘连及无需脱模剂的功能的耐磨铸球生产模具的表面强化层及其制作方法及具有其的模具。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种耐磨铸球生产模具的表面强化层，其化学成分质量百分数为：Cr：22-40％，Co：5-7％，Al：3-7％，Y：0.2-0.6％，B：2.5-3.5％，Si：2.5-3.5％，Fe<1％，其余为Ni。

一种上述的耐磨铸球生产模具的表面强化层的制作方法，采用两步法喷焊，具体步骤如下：

a)对模具工作面除脂、碱洗、酸洗，抛光表面粗糙度达到△3.2，之后活化镀镍，镍层厚度70um以上；

b)强化层材料选用合金粉末，将合金粉末在120℃烘干1h；

c)对镀镍进行粗化处理，获得粗糙表面，将模具基体预热到350℃，之后开始采用两步法氧乙炔喷焊；

d)第一步：喷涂，采用中性火焰，使合金粉末充分在火焰中熔融，在镍层表面上产生塑性变形的沉积喷涂层，喷粉每层厚度＜0.2mm，重复喷涂达到0.5～0.6mm的涂层厚度；

e)第二步：重熔，在喷涂后立即进行，用中性焰的大功率柔软火焰，喷距20～30mm，火焰与表面夹角为60°～75°，从距涂层约30mm远处开始，将涂层加热，直至涂层出现“镜面”反光为度，之后进行下一个部位的重熔。

一种上述的耐磨铸球生产模具的表面强化层的制作方法，采用等离子喷焊，具体步骤如下：

a)对模具工作面除脂、碱洗、酸洗，抛光表面粗糙度达到△3.2，之后活化镀镍，镍层厚度70um以上；

b)强化层材料选用合金粉末，将合金粉末在120℃烘干1h，放入送粉器；

c)对镀镍进行粗化处理，获得粗糙表面，将模具基体预热到350℃，之后开始采用等离子喷焊：保护气体氩气，流量38L/min；氢气流量7L/min或8L/min；工作电流500A；喷涂距离90mm；送粉率30g/min；喷涂角度80-90度；喷涂后石棉包裹保温冷却。

一种模具，模具的浇道口的内壁、耐磨球型腔的表面、铁液缓冲槽的表面具有上述的表面强化层。

模具基体材料采用球墨铸铁，具有高温条件下不变形的优点。耐磨球铁型铸造模具经受反复冷热交替应力影响，耐高温抗氧化强化层的结合强度是重要的要求，为了提高强化层与铸铁基体之间的结合强度。本发明采用润湿性良好的镍层作为中间层，起到连接涂层与基体的作用。

镍层的制备采用电镀或化学镀的方法，厚度不得低于70um。由于模具基体材料为铸铁，石墨含量高，影响其表面强化层的结合强度，本发明在模具表面镀镍层，作为中间层，提高强化层与基体的结合强度。

在镍层表面制备耐高温、抗氧化强化层。抗氧化层的制备方法可以是喷焊、电火花强化、堆焊、激光熔覆及电子束熔覆等方法中的一种。

耐抗氧化强化层厚度大于100um，小于300um。

在镍层表面制备耐高温、抗氧化强化层。抗氧化层的制备方法可以是喷焊、电火花强化、堆焊、激光熔覆及电子束熔覆等方法中的一种。

强化层中铬是高熔点、不易氧化的元素，不锈钢中大量使用铬作为防氧化、防锈的元素，其价格便宜，因此本强化层中其添加量高达40％。但是铬含量再增高容易产生开裂，并且涂层难于熔化及涂覆到模具基体上。