【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于模具表面处理，特别涉及一种大型模具的高能微锻和离子渗氮复合表面强韧化方法。
技术介绍
1、大型模具在工业生产中扮演着至关重要的角色，其寿命体现模具产业的技术水平，影响生产效率和成本。随着我国航空航天等国家战略需求领域的迅速发展，对大型化、整体化、精密化的高性能关键构件的需求日益增加，如战机、大飞机等标志性工程需要用到巨形锻模，采用传统方法制造极其困难。并且模具工作环境恶劣，常常受到高温、高压、磨损和腐蚀等多种因素的影响，使用传统方法制造的锻模性能差，使用寿命极低。因此，开发一种高效、环保、节能的表面强化方法显得尤为重要。
2、常见的表面强化方法如渗碳、渗氮等，虽然在一定程度上提高了模具的表面性能，但存在处理时间长、能耗高、环境污染等问题。传统的喷丸强化技术，采用的弹丸直径较大，会使模具表面粗糙度增大，造成更多的应力集中点，增加裂纹源，降低喷丸的表面强化性能。新型强化方法，如高压水射流喷丸、超声喷丸和复合喷丸等，成本高且操作复杂。如中国专利202410682210.7提供了一种复合超快激光冲击强化和盐浴软氮化的表面强化方法，更适用于小型模具精细操作，在大型模具上操作复杂，成本较高，同时会造成表面热损伤等问题。如中国专利202010887214.0提供了一种钢板弹簧复合喷丸强化方法，将粗喷丸与微粒子喷丸相结合，虽实现了降低表面粗糙度的效果，但表面质量提升效果有限。因此，开发一种针对大型模具的表面强化方法，对于提升模具的性能、简化强化工艺具有重要意义。
3、离子渗氮技术速度快、变形小且环保高效，被
4、如将上述离子渗氮和高能微锻工艺进行结合，则既可以提升材料表面硬度，又可以改善表面粗糙度，提高韧性，达到提高大型模具表面质量的目的。
技术实现思路
1、针对现有强化方法在大型模具材料韧性、表面完整性等方面的不足，本专利技术提供一种大型模具的高能微锻和离子渗氮复合表面强韧化方法，能在提升材料表面性能的同时降低其表面粗糙度，提高材料韧性，延长使用寿命。采用该技术得到的大型模具表面平整，材料抗磨损能力增强，摩擦系数降低，疲劳性能提升40%以上。
2、为达到上述目的，本专利技术提供以下技术方案：
3、一种大型模具的高能微锻和离子渗氮复合表面强韧化方法，包括以下步骤：
4、s1、对大型模具进行清洁处理；
5、s2、使用传统喷丸方法对清洁处理后的大型模具进行粗喷丸；
6、s3、对传统喷丸处理后的模具进行清洁干燥；
7、s4、将清洁干燥后的模具置于离子渗氮设备中进行氮化处理；
8、s5、对离子氮化后的模具使用高能微锻技术进行表面强化；
9、s6、对经过高能微锻处理的模具进行抛光、清洗、干燥和浸油。
10、优选地，步骤s1中，所述的大型模具的材质为模具钢，尺寸在600mm以上，硬度为38~55 hrc。
11、优选地，步骤s1中，对所述大型模具进行清洁处理，具体为：对大型模具使用180~3000目的砂纸进行机械研磨，随后使用乙醇进行清洗，再用压缩空气进行干燥处理。
12、优选地，步骤s2中，使用所述传统喷丸方法的技术参数包括：弹丸直径为0.4~0.8mm，喷丸速度为30~80m/s，弹丸硬度为400~700 hv，弹丸密度为6~8 g/ cm3。
13、优选地，步骤s3中，对所述传统喷丸处理后的模具进行清洁干燥，具体为：使用乙醇进行清洗后，再用压缩空气进行干燥处理。
14、优选地，步骤s4中，对所述大型模具进行离子氮化处理的技术参数包括：离子渗氮在脉冲等离子炉中进行，工作电压为400~800 v，工作电流为60~120 a，频率为3~12 khz，占空比为40 % ~ 80 %，温度为450~550 ℃，渗氮时间为4~10h。离子氮化处理结束后，将氮化样品在真空条件下冷却至室温。
15、优选地，步骤s5中，所述的高能微锻技术具体为：采用高压气流把特种微珠加速到高于传统喷丸速度，以适宜角度锻击零部件工作面的过程。与现有的微粒子喷丸技术相比，本专利技术高能微锻使用的特种微珠的速度更大，密度更大，能产生更好的表面强化效果。
16、优选地，步骤s5中，所述的高能微锻技术的技术参数包括：特种微珠的材质为合金材料，如高速钢等，硬度为1400 hv以上，密度为15 g/ cm3以上，直径为50~100μm，特种微珠的速度为150~260 m/s。
17、与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
18、本专利技术所提供的表面强化方法采用传统喷丸强化预处理在模具表面诱导形成均匀、致密的冷作硬化层和塑性形变，塑性形变产成的晶界作为氮原子进入大型模具内部的通道，氮原子与工件材料发生化学反应，形成坚硬的表面硬质强化层。继而采用高能微锻技术使氮化层密实化，同时在大型模具表面迅速累积大量位错、孪晶等，形成表面纳米化结构，达到表面强韧化目的。该方法集成上述各种工艺优点，降低表面粗糙度，有效提高大型模具的表面质量，提高大型模具的摩擦磨损性能和抗疲劳性能，增加表面硬度的同时保持材料韧性。
19、该方法有效提高了大型模具的表面质量，经处理后的模具表面更平整，表面粗糙度降低，应力集中减少；表面残余压应力提高，形成较大残余压应力层，抑制裂纹扩展，提高了疲劳强度和耐磨损性能；通过表层组织微纳米化提高了大型模具表面韧性，减少微裂纹发生；表面的细小微坑可以形成润滑膜，增强滑动性能；大型模具疲劳寿命延长40%以上，大幅增加其使用次数，降低成本。本方法适用于尺寸较大的模具，操作简单，经济便捷。
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1.一种大型模具的高能微锻和离子渗氮复合表面强韧化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的大型模具的高能微锻和离子渗氮复合表面强韧化方法，其特征在于，步骤S1中，所述的大型模具的材质为模具钢，尺寸在600mm以上，硬度为38~55 HRC。
3.根据权利要求1所述的大型模具的高能微锻和离子渗氮复合表面强韧化方法，其特征在于，步骤S1中，对所述大型模具进行清洁处理，具体为：对大型模具使用180~3000目的砂纸进行机械研磨，随后使用乙醇进行清洗，再用压缩空气进行干燥处理。
4.根据权利要求1所述的大型模具的高能微锻和离子渗氮复合表面强韧化方法，其特征在于，步骤S2中，使用所述传统喷丸方法的技术参数包括：弹丸直径为0.4~0.8mm，喷丸速度为30~80m/s，弹丸硬度为400~700 HV，弹丸密度为6~8 g/ cm3。
5.根据权利要求1所述的大型模具的高能微锻和离子渗氮复合表面强韧化方法，其特征在于，步骤S3中，对所述传统喷丸处理后的模具进行清洁干燥，具体为：使用乙醇进行清洗后，再用压缩空气进行干燥处理。>
6.根据权利要求1所述的大型模具的高能微锻和离子渗氮复合表面强韧化方法，其特征在于，步骤S4中，对所述大型模具进行离子氮化处理的技术参数包括：离子渗氮在脉冲等离子炉中进行，工作电压为400~800 V，工作电流为60~120 A，频率为3~12 kHz，占空比为40% ~ 80 %，温度为450~550 ℃，渗氮时间为4~10h。
7.根据权利要求1所述的大型模具的高能微锻和离子渗氮复合表面强韧化方法，其特征在于，步骤S5中，所述的高能微锻技术的技术参数包括：特种微珠的材质为合金材料，硬度为1400 HV以上，密度为15 g/ cm3以上，直径为50~100μm，特种微珠的速度为150~260 m/s。
...【技术特征摘要】
1.一种大型模具的高能微锻和离子渗氮复合表面强韧化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的大型模具的高能微锻和离子渗氮复合表面强韧化方法，其特征在于，步骤s1中，所述的大型模具的材质为模具钢，尺寸在600mm以上，硬度为38~55 hrc。
3.根据权利要求1所述的大型模具的高能微锻和离子渗氮复合表面强韧化方法，其特征在于，步骤s1中，对所述大型模具进行清洁处理，具体为：对大型模具使用180~3000目的砂纸进行机械研磨，随后使用乙醇进行清洗，再用压缩空气进行干燥处理。
4.根据权利要求1所述的大型模具的高能微锻和离子渗氮复合表面强韧化方法，其特征在于，步骤s2中，使用所述传统喷丸方法的技术参数包括：弹丸直径为0.4~0.8mm，喷丸速度为30~80m/s，弹丸硬度为400~700 hv，弹丸密度为6~8 g/ cm3。
5.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵中里，孙冰，许红，孙靖尧，吴大鸣，冯以盛，张云山，初振美，崔来胜，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：
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