耐腐蚀耐磨损的轮毂压铸模具用硼钢强化层及其制备方法与流程

本公开涉及轮毂压铸模具，尤其涉及一种耐腐蚀耐磨损的轮毂压铸模具用硼钢强化层及其制备方法。

背景技术：

1、轮毂作为汽车的重要部件，对汽车的行驶安全性及操控性能影响很大。具有优异的比强度、比刚度及良好铸造性能的t6态a356铝合金已成为其应用的首选材料。然而具有高温、高化学活性的a356熔体在成型过程中，易使压铸模具、喷嘴等过流构件内壁发生腐蚀、磨损、甚至失效等问题，且该过程涉及溶解、扩散及腐蚀产物剥落等物化过程，从而不仅大大降低了服役过流构件的寿命，而且影响轮毂制品质量，产品的安全服役性也无法保障。

2、目前，轮毂压铸成型使用最广泛的模具材料仍局限于耐热钢，如h13钢，其不仅生产成本高，而且耐磨性能差，特别是在高压、高流速a356熔体的服役工况下的耐腐蚀耐磨损性能较差，制约着其服役寿命及使用经济性。陶瓷、金属间化合物、难熔合金及表面改性材料虽表现出优异的耐磨、耐腐蚀、抗氧化性能，但其制备经济性、组织脆性、界面问题等限制了其作为耐腐蚀耐磨损轮毂成形用材的推广应用。

3、近年来，具有三维网状结构的硼化物增强的高硼钢，因其高硬度、优异的耐磨、耐腐蚀性，作为苛刻环境中服役构件用材表现出巨大潜力。但硼化物的本征高脆性、基体的易腐蚀、磨损性难题严重制约了其产业化进程。常规的高硼钢断网增韧手段如热处理、微合金化、热轧及变质处理均不能有效解决其强韧性和耐腐蚀耐磨损性兼顾的难题。因此，如何解决高硼钢苛刻服役过程中的难题，改善其服役性能，推动其在a356铝合金轮毂压铸成形用模具材料的应用具有重大意义。

4、为此，本公开提供一种轮毂压铸模具用耐腐蚀耐磨损的高硼钢强化层及其制备方法。

技术实现思路

1、本公开的目的在于克服现有技术的不足，提供一种耐腐蚀耐磨损的轮毂压铸模具用硼钢强化层及其制备方法。

2、根据本公开实施例的第一方面，提供一种耐腐蚀耐磨损的轮毂压铸模具用硼钢强化层制备方法，该制备方法包括如下步骤：

3、s1、根据预设比例称取制备高硼钢基材的各种原料；

4、s2、将所述制备高硼钢基材的各种原料按照熔点由高到低的顺序依次放入容器中，并将所述容器置于真空感应熔炉中，以对所述各种原料进行熔融处理，获得所述各种原料的熔融液；

5、s3、将所述各种原料的熔融液在第一预设温度下进行浇注，并在第二预设温度下保温预设时间以进行去稳化处理，获得高硼钢初锭基材；

6、s4、对所述高硼钢初锭基材进行辅热激光重熔处理；

7、s5、对辅热激光重熔处理后的所述高硼钢初锭基材进行热处理，以在所述高硼钢初锭基材表面形成硼钢强化层，得到耐腐蚀耐磨损的轮毂压铸模具用硼钢强化层。

8、在一个实施例中，在步骤s1中，所述根据预设比例称取制备高硼钢基材的各种原料包括：

9、称取以下质量百分比的各种原料来制备高硼钢基材：

10、c 0.3％～0.6％、b 2.0％～3.0％、cr 13.0～18.0％、ni 10％～15％、al 1.0％～5.0％、mn 5.0％～10.0％、ti 1.0％～3.0％、si 2.0％～5.0％、v 0.5％～2.0％、余量为fe。

11、在一个实施例中，在步骤s2中，所述将所述制备高硼钢基材的各种原料按照熔点由高到低的顺序依次放入容器中，并将所述容器置于真空感应熔炉中，以对所述各种原料进行熔融处理，获得所述各种原料的熔融液包括：

12、将称取好的焦炭、硼铁、铬粒、镍块、铝棒、锰粒、硅粒、钒粒、钛粒和铁块按照熔点由高至低的顺序依次放入金属坩埚中，并置于真空感应熔炼炉中，随后抽真空至真空度为1×10-3pa，升温至1550～1600℃，熔炼至各个制备原料完全熔清，静置5～15min后，进行下一次熔炼，重复熔炼三次，获得各种原料的熔融液。

13、在一个实施例中，在步骤s3中，所述将所述各种原料的熔融液在第一预设温度下进行浇注，并在第二预设温度下保温预设时间以进行去稳化处理，获得高硼钢初锭基材包括：

14、将各种原料的熔融液在1550～1650℃下进行浇注，并在900～1200℃下保温0.5～2.0h，以进行去稳化处理，获得高硼钢初锭基材。

15、在一个实施例中，在步骤4中，所述对所述高硼钢初锭基材进行辅热激光重熔处理包括：

16、设置激光功率为400～1000w，扫描速度为30～60mm/s，光斑直径为1～2.5mm，搭接率为30～70％，并设置加热温度为100～400℃，加热时间为5～15min，保温1～10min，以对所述高硼钢初锭基材进行辅热激光重熔处理。

17、在一个实施例中，在步骤s5中，热处理的温度为200～800℃、热处理时间为0.5～2h、并进行炉冷。

18、在一个实施例中，所述对所述高硼钢初锭基材进行辅热激光重熔处理是在氮气保护下进行，其氮气流量为8～12l/min。

19、在一个实施例中，在进行步骤s4之前，所述方法还包括：

20、用600～800#砂纸打磨掉所述高硼钢初锭基材表面氧化层，并采用丙酮清洗所述高硼钢初锭基材表面油污。

21、根据本公开实施例的第二方面，提供一种耐腐蚀耐磨损的轮毂压铸模具用硼钢强化层，所述硼钢强化层由硼化物、基体相及其间隙分布的微纳尺度陶瓷颗粒构成；所述耐腐蚀耐磨损的轮毂压铸模具用硼钢强化层是上述所述的制备方法制备的。

22、在一个实施例中，所述硼钢强化层厚度为0.3～2mm；

23、所述硼化物为m2b型硼化物，其形貌特征呈非连续网状及簇状，m代表fe、cr、mn中的一种或多种；

24、所述基体相为奥氏体；

25、所述陶瓷颗粒为tib2、aln、bn、以及tin中的一种或任几种的组合，其粒径为20～150nm，总体积分数为1.0～3.0％。

26、本公开的实施包括以下技术效果：

27、本公开制备的轮毂压铸模具用强韧耐腐蚀耐磨损高硼钢强化层制备方法，通过调控b、cr、ni、ti、al、si、mn、v的含量、去稳化处理工艺、辅热激光重熔工艺及后续的热处理工艺，获的有非连续网状、簇状m2b硼化物、微纳尺度tib2及氮化物协同强化的耐腐蚀耐磨损高硼钢强化层；其中，一定量的cr、ni、al、si、mn、v固溶到奥氏体基体中，降低了强化层和a356熔体界面的反应势差，提高了基体稳定性；同时，粒径为20～150nm，总体积分数为1.0～3.0％的陶瓷颗粒tib2、aln、bn、以及tin中的一种或任几种的组合沿硼化物及奥氏体晶内的弥散析出，有效阻碍了a356铝合金熔体沿晶界的扩散腐蚀作用；此外，采取的辅热激光重熔及后续热处理制备强化层工艺及其调控，不仅能有效降低强化层成形过程中界面应力及微裂纹的产生，而且能够获得上述有益的多尺度形貌组织及分布，从而有益于高硼钢强化层的耐腐蚀耐磨损性能及强韧性性能的提高。

28、本公开制备的高硼钢强化层在温度为750℃的a356铝合金熔体，测试30min的试验中，其耐腐蚀耐磨损性能较其未强化铸态及常用的h13钢分别提高了2～6倍和5～10倍，其断裂韧性较铸态提高3倍以上，具有优异的强韧耐腐蚀耐磨损性能。

29、本公开制备的高硼钢强化层为块体整体材料，其不仅显著提高了高硼钢强韧性，而且避免了采用涂层强化铸钢材料服役过程中涂层的断裂、剥落失效等问题。并且，本公开中的高硼钢强化层制备工艺简单，且能大幅度提高轮毂压铸模具的使用寿命，具有很好的经济效益，适合工业化生产。

技术特征：

1.一种耐腐蚀耐磨损的轮毂压铸模具用硼钢强化层制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀耐磨损的轮毂压铸模具用硼钢强化层制备方法，其特征在于，在步骤s1中，所述根据预设比例称取制备高硼钢基材的各种原料包括：

3.根据权利要求2所述的一种耐腐蚀耐磨损的轮毂压铸模具用硼钢强化层制备方法，其特征在于，在步骤s2中，所述将所述制备高硼钢基材的各种原料按照熔点由高到低的顺序依次放入容器中，并将所述容器置于真空感应熔炉中，以对所述各种原料进行熔融处理，获得所述各种原料的熔融液包括：

4.根据权利要求2所述的一种耐腐蚀耐磨损的轮毂压铸模具用硼钢强化层制备方法，其特征在于，在步骤s3中，所述将所述各种原料的熔融液在第一预设温度下进行浇注，并在第二预设温度下保温预设时间以进行去稳化处理，获得高硼钢初锭基材包括：

5.根据权利要求2所述的一种耐腐蚀耐磨损的轮毂压铸模具用硼钢强化层制备方法，其特征在于，在步骤s4中，所述对所述高硼钢初锭基材进行辅热激光重熔处理包括：

6.根据权利要求2所述的一种耐腐蚀耐磨损的轮毂压铸模具用硼钢强化层制备方法，其特征在于，在步骤s5中，热处理的温度为200～800℃、热处理时间为0.5～2h、并进行炉冷。

7.根据权利要求5所述的一种耐腐蚀耐磨损的轮毂压铸模具用硼钢强化层制备方法，其特征在于，所述对所述高硼钢初锭基材进行辅热激光重熔处理是在氮气保护下进行，其氮气流量为8～12l/min。

8.根据权利要求1至权利要求7任一项所述的一种耐腐蚀耐磨损的轮毂压铸模具用硼钢强化层制备方法，其特征在于，在进行步骤s4之前，所述方法还包括：

9.一种耐腐蚀耐磨损的轮毂压铸模具用硼钢强化层，其特征在于，所述硼钢强化层由硼化物、基体相及其间隙分布的微纳尺度陶瓷颗粒构成；所述耐腐蚀耐磨损的轮毂压铸模具用硼钢强化层是根据权利要求1至权利要求8任一项所述的制备方法制备的。

10.根据权利要求9所述的一种耐腐蚀耐磨损的轮毂压铸模具用硼钢强化层，其特征在于，所述硼钢强化层厚度为0.3～2mm；

技术总结
本公开提供一种耐腐蚀耐磨损的轮毂压铸模具用硼钢强化层及其制备方法。该方法包括如下步骤：S1、根据预设比例称取制备高硼钢基材的各种原料；S2、将各种原料按照熔点由高到低的顺序依次放入容器中，并将容器置于真空感应熔炉中，以对各种原料进行熔融处理，获得各种原料的熔融液；S3、将各种原料的熔融液在第一预设温度下进行浇注，并在第二预设温度下保温预设时间进行去稳化处理，获得高硼钢初锭基材；S4、对高硼钢初锭基材进行辅热激光重熔处理；S5、对基材进行热处理，以在高硼钢初锭基材表面形成硼钢强化层。本公开提供的制备方法工艺简单，且能大幅度提高轮毂压铸模具的使用寿命，具有很好的经济效益，适合工业化生产。

技术研发人员：凌自成,蒋俊懿,张永振,薛松柏,王星星,薛鹏
受保护的技术使用者：金华市双环钎焊材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23