表面改性技术煤矿机械论文

【摘要】机械工业不仅大量使用钢铁或石油化工等行业所生产的原材料，而且产品的耗能、排污和可靠性，直接影响到其它行业的清洁生产水平。为此，机械工业造成直接或间接污染是不可忽视的。本文对国内外对热处理污染防治的解决方法进行了研究，提出了热处理节能与环保需要发展的关键技术，并提出了相关的措施与建议。下面是小编精心推荐的《表面改性技术煤矿机械论文 (精选3篇)》，希望对大家有所帮助。

表面改性技术煤矿机械论文 篇1：

钎涂增材在农机触土部件上的应用及发展趋势

摘要：农机触土部件磨损失效快一直是亟待解决的行业难题，钎涂增材是增材制造的新方向、新突破，采用异质钎涂技术对触土部件进行增材优化，使其耐磨性大幅提高，对于农业机械提高工作能效、助力绿色化转型具有重要意义。简述堆焊、热喷涂、喷焊及熔覆等异质增材技术制备农机触土部件的应用现状及局限性， 重点论述钎涂技术在增材耐磨触土部件上的应用优势，并探讨钎涂技术制备农机触土部件存在的问题及发展方向。

关键词：钎涂;增材制造;触土部件;磨损失效;耐磨涂层

0 前言

圆盘耙、犁铧、旋耕刀、深松铲尖等农机触土部件在工作过程中直接与土壤和石英、长石、植物硅酸体、作物秸秆、杂草等物体接触，摩擦磨损是其失效的主要原因。据统计，80%以上的农机触土部件因磨损失效而报废，在农业、矿山等行业中，中国每年因磨损而消耗的金属材料达300万吨以上，直接经济价值达1 000多亿元人民币[1-4]。采用钎涂技术对触土部件进行增材强化，大幅提高其耐磨性能，对于农业机械提高工作能效、助力绿色转型具有重要意义。

异质钎涂增材技术是增材制造的新突破、新方向、新应用、新产业，具有广阔的应用空间，尤其在零件修复与表面强化方面具有明显优势。目前，增材制造的应用以同质材料为主[5-7]，但异质材料组合更有利于发挥各组分材料性能优点，且能通过各组分性能的互补和关联获得单一材料所难以达到的综合性能。我国增材制造正处在高速发展期，但与发达国家相比，我国增材制造技术、材料及装备还处于劣势，创新增材制造新方法、拓展增材制造新应用，是另辟途径、后发先至、抢占先机的有效途徑。

1 农机触土部件延寿的研究概况

我国属于典型的农业大国，农机触土部件磨损失效快一直是亟待解决的行业难题。目前，国内外提高农机触土部件耐磨性的方法主要有四种[8-9]：(1)合理设计触土部件结构;(2)应用高耐磨性、高硬度的新材料;(3)热处理提升表面耐磨性;(4)异质增材表面强硬化技术。通过结构设计及热处理以降低磨耗、提高寿命是有限度的;新型整体耐磨高硬材料的开发往往受金属价格所限;而基于钎涂增材技术制备表面耐磨涂层，增材材料可以结合2种或多种材料形成具有特殊性能组合的功能体，增材涂层厚度柔性可控，从几微米到几毫米甚至更厚，还可显著降低磨耗比、有效提高硬度及疲劳强度，以优质的性价比备受行业青睐[10-11]。

异质钎涂发展时间相对较短，其增材制造机理、工艺、专用设备、应用效果亟待系统研究。简述了几种异质增材技术制备农机触土部件的应用现状及局限性， 重点论述钎涂技术在增材耐磨触土部件上的应用优势、现存问题及发展方向。

2 异质增材在农机触土部件上的应用

目前，我国农机触土部件的常用材料如表1所示。农机触土部件常用的异质增材方法主要有堆焊、热喷涂、喷焊、熔覆、钎涂技术等[9，12-13]。

2.1 堆焊技术

堆焊是农机部件耐磨处理的常用技术。堆焊方法有很多，包括电弧堆焊、等离子弧堆焊、电渣堆焊、氧-乙炔焰堆焊、气保护堆焊等，堆焊层的厚度为0.8～15 mm。翟鹏飞等[15]在触土部件常用的60Si2Mn钢基体上制备了高铬、高硼合金铸铁堆焊层，堆焊层底部区域硬度最低，中间区域最高，表层区域次之，耐磨性也呈先减小后增大的趋势。东北林业大学的杨海[16]在65Mn钢犁铲铲尖堆焊高铬铸铁，与普通犁铲相比耐磨性提高1.93倍。佳木斯大学的焦仁宝[17]在65Mn钢深松犁铲铲尖采用气保焊-喷射送粉复合堆焊技术制备高铬钼合金耐磨涂层，堆焊层硬度达到65 HRC，与普通犁铲相比，田间试验耕地寿命提高2～3倍。黑龙江八一农垦大学的张新洋[18]对深松铲尖进行等离子堆焊涂层制备，堆焊层的稀释率与熔敷率分别为11.5%和89.1%，田间试验表明，经过最佳工艺处理后的深松铲尖的耐磨性是处理前的2.67倍。

堆焊技术具有结合力强、熔覆效率高、耐磨材料选择广和操作方便等特点;但稀释率大，工件易变形，且无法堆焊薄壁、具有空间曲面形状的工件[12]，所以对农机部件的厚度和表面形状具有挑剔性，导致此方法难以大面积推广应用。

2.2 热喷涂技术

热喷涂技术可以有效改善基体材料表面耐磨性、耐蚀性等性能[19-20]，是异质增材制备耐磨涂层的重要手段之一，对延长触土部件的使用寿命具有一定的探索价值。

热喷涂工艺方法包括火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂、爆炸喷涂和超音速火焰喷涂等[21]。王照锋[22]应用高速电弧喷涂技术制备FeCrNi/Ni包覆金刚石复合涂层，涂层组织致密，孔隙率较低，呈现典型的层状结构，因金刚石硬质相的存在而具有较高的显微硬度和优异的耐摩擦磨损性能。Satit Karoonboonyanan等[23]在旋耕刀基体上进行超音速火焰喷涂(HVOF)制备WC/Co涂层，田间试验表明，WC/Co涂层旋耕刀的磨损率(0.02 cm3/ha)明显低于原始刀片(0.86 cm3/ha)，表明涂层刀具耐磨性得到很大改善。湖南大学的王群[24]发现WC颗粒呈双峰分布的WC/Co(Cr)涂层表现出更优异的抗磨粒磨损性能，与较厚的镀硬铬涂层相比，其抗磨粒磨损性能提高9～11倍。湖南农业大学的赵建杰[25]采用超音速火焰喷涂在旋耕刀表面制备厚约300 μm的WC-Ni硬质涂层，涂层硬度为1 020 HV0.3，对比于触土部件常用65Mn钢，WC-Ni硬质涂层磨损失重仅为65Mn钢磨损失重的1/14，优良的耐磨损性能可大幅延长触土部件的使用寿命。

热喷涂技术制备自熔合金涂层、Co基WC涂层以及氧化物陶瓷涂层都已获得广泛应用。然而，一方面，喷涂射流、粉尘、噪声、弧光等对人体和设备都有较大伤害;另一方面，喷涂层与基材以机械咬合为主，结合强度不高，在高应力磨损条件下，极易引起粒子整体脱落造成材料损失与涂层失效[26-27]，导致热喷涂技术在农机触土部件中的应用受到一定限制。

2.3 喷焊技术

喷焊技术是将经预热的自溶性合金粉末涂层再加热至1 000～1 300 ℃，使颗粒熔化，造渣上浮到涂层表面，生成的硼化物和硅化物弥散在涂层中，使颗粒间和基体表面达到良好结合。喷焊层与基体之间的结合是溶解扩散冶金结合，区别于堆焊层的熔化冶金结合、喷涂层的机械结合，但由于重熔过程中基体局部受热后温度达900 ℃会产生较大热变形，因此喷焊的使用范围有一定局限性。

赵建国等[28]采用火焰喷焊技术在深松铲铲尖上制备了铁基合金涂层，并利用喷焊后的余温对其进行了淬火处理，结果表明喷焊余温淬火使涂层组织得到细化，提高了涂层耐磨性。张旭等[29]采用氧乙炔火焰喷焊技术在灭茬刀上制备了Fe6涂层，结果显示喷焊Fe6涂层的灭茬刀硬度和耐磨性显著提高，使用寿命得到有效延长。吴雁楠等[30]利用等离子弧喷焊技术，以纯Ti粉与Ni60粉的混合粉末作为喷焊材料，在Q345钢表面制备原位碳化钛颗粒增强镍基喷焊层，结果表明，原位TiC颗粒与Ni基体界面强度高，可形成近似完全共格界面，喷焊层与Q345钢相比具有更小的摩擦系数，磨损失重降低了86.4%。郝建军等[31]利用氧乙炔火焰喷焊技术在鞭式灭茬刀具上制备了Ni-WC喷焊层，结果表明WC能够对镍基合金产生弥散强化、晶界强化和固溶强化的作用，提高喷焊层耐磨性。

2.4 熔覆技术

熔覆技术通过在基材表面添加熔覆材料，利用高能束能量使其与基体材料表面薄层一起熔凝，使熔覆材料与基体形成冶金结合，制备出稀释率极低的表面熔覆层[32-33]。根据热源的不同，熔覆技术可以分为激光熔覆、等离子熔覆、氩弧熔覆、感应熔覆、真空熔覆及复合熔覆等[34-35]。其中感应熔覆制备的熔覆层表面平整，但热量传递不充分、工艺控制困难[36];真空熔覆可以调节冷却速率，基体变形小，但对环境要求严格[37];复合熔覆应用前景广阔，但工艺复杂[35]。以上原因导致感应熔覆、真空熔覆及复合熔覆应用范围受限，而激光熔覆、等离子熔覆以及氩弧熔覆技术的应用较为广泛，成为触土部件异质增材技术的研究热点。

2.4.1 激光熔覆

激光熔覆技术是以高能量密度的激光束为热源，对基体表面的熔覆材料进行激光辐照，形成稀释度极低的表面涂层，以完成改性或修复，具有高效率、可控性高、加热与冷却速率快、熔覆后涂层晶粒细小、热影响区窄等优点[38-39]。但由于激光制造成本较高，目前在农机触土部件制造中的应用尚不普遍，仍需重点突破制约其发展的关键因素，解决工程应用中涉及的关键技术。

许令峰等[40]为提高农用割刀耐磨性并使割刀形成自磨刃，采用同轴送粉方式在65Mn刀具刃口表面制备Ni基WC复合涂层，熔覆层组织均匀致密、硬度大幅提高;熔覆层摩擦系数与磨损量相比于65Mn基体分别降低约65%和80%，满足农用割刀形成自磨刃的性能要求。陈希章等[41]在Q235基体上利用激光熔覆技术，原位合成了WC铁基熔覆层，其硬度提升约4～5倍，耐磨性能显著增强。

2.4.2 等离子熔覆

等离子熔覆技术以等离子弧为热源，制备的熔覆层组织均匀致密，与基体为牢固的冶金结合，与激光熔覆技术相比，该技术尺寸精度略低，但设备成本仅为激光熔覆的1/5，且对工作环境无特殊要求，具有较高的稳定性和热效率[42-43]。但等离子弧近万度的高温，会对刀体造成较大影响，且对于形状复杂的刀具难以实现自动化制造。

河北农业大学的韩照坤[43]在深松铲铲尖利用等离子熔覆技术制备了Ni60+50%WC复合涂层，其显微硬度约为基体的4倍，摩擦系数约为基体的50%，在3.5%NaCl溶液中的腐蚀速率约为基体的25%，对比堆焊深松铲使用寿命提高了3倍。屈平等[44-45]利用等离子熔覆技术在犁铧表面制备了Ti(C，N)-WC/Ni60A基、Al2O3-Ti(C，N)基复合涂层，Ti(C，N)-WC/Ni60A熔覆层表层中多角片状WC较多，次表层由呈芯-环结构的硬质相埋置于粘结相之中，耐磨性比65Mn钢及Q235基体分别提高6倍及16倍;Al2O3-Ti(C，N)熔覆层由硬质相Al2O3、Ti(C，N)与粘结相Fe-Ni之间相互包裹、互相嵌套形成空间网状骨架结构，其耐磨性比65Mn钢及Q235钢分别提高7倍及17倍。

2.4.3 氬弧熔覆

氩弧熔覆技术以氩弧焊的电弧作为热源，以氩气作为保护气，热量集中，能量密度较高，涂层制备过程中无氧化烧损现象[46]。但存在焊接效率低、氩弧弧光对眼睛有害等缺点，所以应用受限。

王海淞等[47]利用氩弧熔覆技术在淬火后的65Mn深松铲铲尖上制备了TiC颗粒增强镍基复合涂层，TiC颗粒呈弥散分布，熔覆后的深松铲具有较好的耐磨性。董世知等[48]利用氩弧熔覆技术制备了FeAlCoCrCuTi0.4，WC/Al2O3-FeAlCoCrCuTi0.4

高熵合金涂层，WC和Al2O3的添加对涂层稀释率的降低有明显作用，并可显著提高涂层耐冲蚀磨损性能。郝建军等[49]研究了氩弧熔覆Ni60A耐磨层在农机刀具上的应用，磨损试验表明熔覆层耐磨性比常规淬火回火处理的65Mn钢提高2～4倍。

2.5 钎涂技术

钎涂技术本质上是海量级微粒间的复杂钎焊，其原理是采用钎焊的方式将高硬度、耐磨损、耐侵蚀或抗氧化的硬质颗粒连结到基体表面，形成钎料与硬质颗粒复合制备增材涂层的方法。具有如下优点：涂层与母材冶金结合，结合强度远比机械结合高;钎涂层厚度从5 μm至无限大可调;钎涂层表面平整、加工精度高;热影响区小，对母材的损伤小等[50-52]。

常见的钎涂方法主要有真空钎涂、感应钎涂、激光钎涂、氩弧钎涂、火焰钎涂，其中以真空钎涂研究最多、应用最广[53-55]。陆善平等[56]采用真空钎焊技术，在45钢基体表面制备了WC-Co/NiCrBSi复合钎焊涂层，涂层表面成型性佳，焊后加工余量小，抗磨粒磨损性好，其磨损性能高于同配比的火焰堆焊涂层及CoCrW堆焊涂层，相对耐磨性是堆焊层的1.5～2.1倍。徐德生等[57]采用高频钎焊技术在45钢基体表面制备了WC/Cu非光滑耐磨复合涂层，WC质量分数为50%时涂层耐磨性最好，能够达到高铬铸铁和淬火45钢的4.9倍和12.4倍。周许升等[52]研究发现，随着WC粒度的增加，Ni钎料与WC增强相的冶金反应程度减弱;WC粒度为400 μm时，涂层的洛氏硬度最高，涂层的耐磨性最好。秦建等[58]采用真空钎焊方法在65Mn钢表面制备了金刚石/NiCrBSi复合涂层，涂层预置示意如图1所示，涂层表面形貌如图2所示;涂层与钢基体之间形成了厚度约为20 μm的钎焊反应界面，冶金结合良好;在相同磨损试验条件下，金刚石/NiCrBSi复合涂层失重仅为65Mn基体的1/6。

作者团队近期采用非真空环境下金刚石感应钎涂技术，在旋耕刀表面制备0.1～2.5 mm厚度的金刚石耐磨钎涂层，如图3所示，涂层硬度≥55 HRC，与传统刀具相比，耐磨性提高5～8倍，寿命提高4～10倍。金刚石钎涂技术在耐磨领域的应用，既可拓宽超硬材料的应用，又能提升智能农机装备的性能，并已将此技术应用推广到盾构装备、煤矿机械、码头装卸等耐磨过流部件，寿命均得到大幅提高。但钎涂技术发展时间相对较短，还存在一些不足之处，钎涂温度较高，可能导致基体力学性能降低;钎涂装备的自动化、成套化程度还不够高。

3 基于农机触土部件钎涂中的问题及发展

3.1 现存问题

制备表面增材涂层是目前钎涂技术在农机触土部件上的最主要应用，经过多年的发展，已有部分研究成果应用于实际生产中去，但总体来看仍存在以下几个问题：

(1)农机触土部件增材层结构待优化。

农机触土部件类型多种多样，由于运动方式及工作环境的不同，所受的磨损条件更是千差万别，针对一种部件设计的增材层，往往不能直接移植应用到其他部件上，甚至同一种增材层在不同的使用环境下应用效果也不尽相同。目前的应用研究多集中在采用某种现有较为成熟的工艺制备出具备耐磨、减摩功能的涂层，比如采用激光熔覆技术或热喷涂技术在触土部件表面制备耐磨层，但往往较少对耐磨层进行深入的结构设计，只是简单的技术推广应用，最终在触土部件上的应用情况并不理想。

(2)农机触土部件专用增材设备待开发。

增材制造技术和设备已有长足的发展，但针对于农机触土部件的专用型增材设备研究却鲜有开展。农机触土部件形式多种多样，增材技术各不相同，如何能在合适的部位快速、高效、稳定地制备高性价比增材层，是增材制造技术能够真正有效利用到农机触土部件上的关键。然而目前对于这些专用设备的研究鲜有报道，利用常规增材设备开展的技术及工艺研究，很难快速稳定地推广应用到农机触土部件增材制造上，且多数设备制造的增材层成本居高不下，这大大限制了增材技术在农机触土部件上的应用。

(3)农机触土部件增材材料及工艺待拓展。

目前在农机触土部件表面应用的增材材料主要有高铬、高硼铁基耐磨材料，含WC、TiC等的铁基、镍基、钴基材料，及化学镀/渗材料，工艺上当前的主要方向为电弧增材、激光增材、等离子增材等，然而由于触土部件形式多样工况复杂，且触土部件增材后使用寿命测试对比周期长，更增加了系统研究对比的难度。

3.2 展望

采用钎涂增材技术在农机触土部件表面制备耐磨层可有效延长触土部件的使用寿命，有利于抢耕抢播，因此对钎涂技术在农机触土部件上的应用提出以下展望：

(1)开展钎涂层结构设计。针对不同地域土壤特性、作物品种、种植模式等差异，不断迭代新材料、开发新工艺，研究硬质颗粒空间分布结构与涂层耐磨性的关系，设计高适配功能涂层。

(2)开发专用钎涂增材设备。研究绿色高效连续钎涂增材设备，进一步降低成本，提高产品市场占有率。

(3)建立触土部件耐磨性评价体系。系统评估钎涂材料、钎涂工艺与涂层耐磨性、田间作业寿命的适配关系，建立一套较为完善的触土部件耐磨性评价体系。

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作者：李宇佳 龙伟民 孙志鹏

表面改性技术煤矿机械论文 篇2：

冶金行业热处理节能问题研究

【摘 要】机械工业不仅大量使用钢铁或石油化工等行业所生产的原材料，而且产品的耗能、排污和可靠性，直接影响到其它行业的清洁生产水平。为此，机械工业造成直接或间接污染是不可忽视的。本文对国内外对热处理污染防治的解决方法进行了研究，提出了热处理节能与环保需要发展的关键技术，并提出了相关的措施与建议。

【关键词】热处理;节能;环保

1.机械工业发展与节能和污染防治的形势

机械工业对我国国民经济的发展和国防力量的增长起着重要作用，占有重要地位。然而，我国机械工业能耗高、资源消费大、污染环境严重、劳动保护薄弱和环境治理差，我国环境污染的70%是由工业生产造成的，而工业污染物中的大部分是由各种工艺装备或各类机电产品在生产运行中产生的。机械工业不仅是耗能耗材的大户，而且也是排污的主要行业之一。机械工业污染防治面临的形势十分严峻，机械制造过程，特别是热加工过程，总体来说是资源消费密集型行业，从整体上看，粗放型的经济增长方式尚未根本转变，“高消耗、高排放、低效率”的问题仍十分突出。

2.热处理生产的现状及其污染类型

目前，全国各类热处理专业厂、热处理设备制造厂、热处理工艺材料生产厂以及主机厂的热处理分厂、车间近15000家。热处理生产过程包含加热、冷却及热处理后的工件清理等多道工序，在这些工序的生产过程中排出的废气、废水、废渣、粉尘、噪声和电磁辐射使作业场所和周围环境、大气、水质等产生污染。

3.国内外热处理节能环保现状的比较

美国能源部认为“热处理企业是重要的能源用户，对制造业有实质性影响”，2004年公布了“美国2004年热处理技术路线图(Heat Treating Technology Roadmap-2004HTS Revision)修订稿”。为实现路线图目标和完成众多的重点研发项目，美国金属学会热处理学会采取了成立热处理技术研发中心，鼓励和组织全行业企业参与研发两项措施，建立“热处理高新技术中心”和“热加工技术中心”。其中热处理高新技术中心由国家能源部和其他方面提供研究资金。主要研究如何降低能耗，减少污染，减少废品和返修品，控制生产成本以及全面促进热处理行业繁荣。我国还未组建类似于美国的“热处理高新技术中心”和“热加工技术中心”这样专业化的机构来鼓励和组织全行业的企业共同参与和研发。并且，科技部和国家发改委也没有设立相关的专项基金用于支持高效、精密、节能、节材的绿色制造技术的开发和应用。

由于历史原因，我国的热处理厂都属于大而全、小而全、不协作、封闭型企业。在一个工厂里面均设置了铸、锻、电镀、热处理、模具制造、供热采暖、运输等共用性极强的车间、工段或班组。因任务量不足、生产效率低下、设备的利用率极低造成能耗、物耗、污染增大。以中美两国热处理状况对比为例，我国的专业化热处理厂只有美国的2.86%，生产效率仅为美国的3.75%，设备利用率仅为30%，电耗却比美国高40%。

4.建议及措施

4.1加速中国热处理路线图的制定及组织实施

以中国热处理学会和协会为中心，强化学会和协会在热处理行业中的基础研究和先进技术应用的引领作用，在“十二五”及其远景规划设想的基础上，建议尽快建立中国的热处理路线图计划。并以中国热处理学会和协会为中心，组织国内相关研究、生产和应用单位，成立相应的研究技术中心和应用示范中心，争取在国家发改委、科技部等相关国家科技攻关、支撑计划中加大对高效、精密、节能、节材的绿色制造技术的支持，加大投入力度，设立相关基金专门用于支持高效、精密、节能、节材的绿色制造技术的开发，使中国热处理路线图的制定及组织实施落到实处。

4.2加速清洁、节能、精密、高效的热处理新技术推广应用及装备的研发

传统的加热介质多数是空气或熔盐，采用油作冷却介质，这种热处理方法对环境的污染非常严重，必须限制使用并尽早淘汰，取而代之研究推广清洁节能精密高效的热处理技术，使热处理生产环境得到明显的改善，实现预定的污染防治目标。

4.2.1真空热处理技术

真空加热是将工件置于正常大气压以下的负压空间的加热方法。热处理加热用的最高真空度一般不超过10-5Pa。真空加热不仅能防止工件的氧化和脱碳，而且具有脱脂、脱气、净化表面和变形少的特点。另外，工件还可以在真空中进行低压渗碳、渗氮等表面处理，而且在真空渗碳或碳氮共渗以后进行高压气淬，不仅能缩短工期、还能获得优良的性能，是理想的清洁热处理技术，可以替代可控气氛热处理技术。现已广泛应用于模具、汽车零件等的热处理。工业先进国家的真空热处理设备约占热处理设备总拥有量的15% ~20%。而我国小于5%。目前国内已有的几十家真空设备制造厂其技术水平与国际先进水平相比差距甚远，不能满足生产的需要，而进口设备价格昂贵，只能望而却步。因此研发生产需要的，高质量的、价格低廉的热处理真空设备是当务之急。

4.2.2离子渗氮和离子渗碳技术

离子渗氮和离子渗碳是将置于低压容器内的工件在辉光放电的作用下，带电粒子轰击工件表面，使其温度升高，实现所需原子渗入表层的化学热处理方法。与常规的化学热处理相比，特点是渗速快、工件变形小、易控制，热效率高、节约能源，而且无烟雾、废气污染。

4.2.3感应加热热处理技术

感应加热是利用电磁感应的原理，使工件表面产生涡流而被加热。其特点是加热速度快、易控制、工件表面氧化和脱碳少、节约能源、污染少。

4.2.4激光束、电子束、离子束表面技术与表面改性技术(表面淬火、重熔、涂层)是利用高能束对工件的表面快速加热作用实现工件表面热处理，不产生烟尘等污染，属清洁热处理技术。

4.2.5金属镀层技术

刷镀技术、热喷镀技术、离子镀渗技术是清洁的表面强化技术。

4.2.6淬火冷却装备技术

以气淬、水淬、水雾冷却技术替代油、聚合物淬火液等淬火。在该方面研究上，上海交通大学潘健生院士、陈乃录教授等开发的淬火冷却系统具有良好的示范作用。该技术采用水-空冷却方式，可以实现截面厚度600~900 mm的塑料模具钢锻件的截面硬度差小于3~5HRC。

4.2.7热处理计算机模拟与智能化技术

在热处理全过程中每一环节都做到有效控制，实现产品“零”缺陷，保证机械产品的精密、可靠、节能、环保和低成本但在传统的热处理技术中，凭经验或孤立地应用某一学科的知识作定性估计，以至工艺规范的编写和工艺要求的制订都存在不同程度的盲目性，导致质量不稳定、产品使用寿命低、可靠性差、设计不合理、浪费材料、控制不当引起对环境污染等。热处理信息化是热处理技术实现跨越式发展的必由之路，摆脱依赖于经验的“技艺型”状态，向知识密集型的工程技术转化应用热处理计算机辅助技术，进行计算机模拟和虚拟生产，以实现热处理计算机智能化控制。

4.3加速热处理生产的规模化

规模出效益，要彻底解决材料成形加工企业的污染、能耗问题，就应该转换厂家各自解决的观念，变为区域内集中处理。铸造、热处理、电镀行业都有同类性质问题。建议在有条件地区建立铸造、热处理、电镀工业园区，通过合理规划、合理选址，将厂点(特殊产品的配套加工除外)集中在工业园区生产，集中管理、集中治污，从根本上解决不达标排放、偷排等现象。

【参考文献】

[1]张冠军.石油机械热处理技术现状与发展趋势[J].石油机械，2004，32(3).

[2]张丽荣，杨丽娜.浅谈热处理发展方向[J].煤矿机械，2006，27(6).

作者：陈知虎

表面改性技术煤矿机械论文 篇3：

冲压模具的失效形式分析与思考

摘 要：本文简单介绍了冲压模具失效的几种形式，并针对每种失效形式产生

的原因进行了具体分析，提出了相应的预防及解决措施。

关键词：冲压模具;失效形式;分析;措施

1 前言

随着我国现代工业技术的不断发展，冲压模具在工业生产中起到了越来越广泛的应用。冲压模具质量的好坏直接决定了所冲产品质量的优劣。然而，冲压模具在使用过程中，常常出现各种形式的失效情况，应对这些失效，往往需要耗费一定的时间、人力、物力以及财力资源，严重影响到了工业生产的进度，不利于企业经济效益的提高。因此，如何有效地预防冲压模具的失效，最大限度的提高其使用寿命，是很多企业共同面临的一个技术难题。只有对冲压模具的失效形式做出正确分析，归属其失效类型，才能精准地找出其失效的原因，采取相应的技术措施对其修复或预防，延长其使用寿命。

2 冲压模具失效形式概述

2.1 冲压模具失效的涵义

冲压模具在使用过程中，因各种原因如结构形状、尺寸的变化以及零部件组织与性能的变化等，使得冲压模具冲不出合格的冲压件，同时也无法再修复的情形就叫做冲压模具的失效。鉴定模具是否失效的判据有三种：一是模具已经完全丧失工作能力;二是模具虽然可以工作，但无法完成设定的功能;三是模具因结构受到严重损害，使用时存在安全隐患。

2.2 冲压模具失效的形式

冲压模具在使用过程中，因模具本身类型、结构、材料的不同以及实际工作条件的不同，会表现出不同的失效形式，主要可分为以下四种。

(1)磨损失效。冲压模具在正常工作过程中，往往会与加工的成形坯料直接接触，二者之间因相对运动而产生摩擦，造成冲压模具表面磨损。当磨损程度达到一定限度时，模具表面失去原来的状态，使之无法冲出合格的冲压件，这就是磨损失效。磨损在任何机械的使用过程中是不可避免的，因此是一种正常的失效形式，也是冲压模具失效形式中最为主要的一种。根据磨损机理，可将磨损失效细分为四种：①磨粒磨损失效。当坯料与模具接触的表面间存在硬质颗粒，亦或坯料加工前未打磨完全，其表面存在坚硬的突出物时，会摩擦并刮划模具的表面，严重时就会使模具表面材料脱落，造成磨粒磨损失效。②黏着磨损失效。冲压模具作用于坯料时，彼此之间存在相互作用力，有时黏着部分会因受力不均而发生断裂，造成模具表面物质脱落或转移，这种失效形式就是黏着磨损失效。③疲劳磨损失效。模具的有些部位经过长时间的使用，在与坯料摩擦力的循环作用下，难免会产生一些细小的裂纹，随着使用时间的推移，细纹逐渐加深，加深到一定尺度时，造成模具表面物质发生脱落，甚至模具因承载力不足而断裂。④腐蚀磨损失效。冲压模具在使用过程中，模具表面物质很容易与周围介质(如空气、水等)发生化学腐蚀或电化学腐蚀，加上摩擦力的作用，时间久了，就会造成模具表面物质侵蚀变质，发生脱落。

实际上，磨具与坯料作用时，磨具表面受到的磨损是极其复杂并且难以预测的，不可能仅仅只受某种磨损方式的影响，因此，实际生产加工中反映出来的磨损失效形式可能是多种形式相互作用的结果。

(2)断裂失效。所谓的断裂失效是指冲压模具因产生较大裂纹或者断裂为两部分(数部分)。断裂可分为两种：早期断裂(一次性断裂)以及疲劳断裂。早期断裂指的是冲压模具表面受到冲击载荷的压力过大，超出其负荷能力，造成迅速断裂。相反，造成疲劳断裂的应力通常较低，在模具的承受范围之内，但由于这种应力的频繁作用，细小裂纹开始逐渐扩展，最后引发断裂。

(3)变形失效。冲压模具在工作过程当中，若是零件所受到的应力超出其弯曲极限，就会发生塑性变形。当塑性形变形达到一定程度时，会造成模具内零件的尺寸和形状发生显著变化，模具无法再正常使用，也就是变形失效。变形失效的外表现为弯曲、塌陷、镦粗等。

(4)啃伤失效。冲压模具因一些客观原因致使其凸、凹模互相啃刃，造成冲压模具崩裂。

3失效原因及措施

冲压模具失效后，应及时对其进行检查分析，找准失效的原因，并对症下药，采取相应的解决措施，延长冲压模具的使用寿命，提高其经济效益。以下分析了造成以上几种失效形式的主要原因，并针对每种失效形式提出了相应的改善措施。

3.1 磨损失效的原因及措施

造成冲压模具因过度磨损而失效的原因很多，归结起来可以从三方面来考虑：一是冲压模具本身的原因，如模具自身的耐磨性能不好;其工作零件的硬度太低;模架的精度偏低等。二是被冲材料的原因，包括坯料硬度太大，对模具表面产生过的摩擦力;被冲材料表面发生氧化作用，造成摩擦力增大等。三是其他因素的影响。如所添加润滑剂润滑效果不好等。

针对以上原因造成的磨损失效，可以从以下几个方面加以改善：

(1)选择合适的模具材料。模具材料的选择会因模具用途的不同、生产冲压件的数量不同而有所差异。表1给出的是不同用途的模具对材料的选择。

表1 不同用途的模具对材料的选择

模具用途 生产量 使用模具材料

生产低薄板以及有色金属 小批量 T10A或T8A等较为低廉的碳素工具钢

生产厚度≤2nm的钢材 小批量 9GCr15、9Mn2V、9SiCr等合金工具钢

生产厚度≥2nm的钢材 大批量 Gr12MoV、Gr12工具钢以及集体钢、高速钢、钢结硬质合金等

(2)对冲压模具表面进行强化处理。可以在加热淬火以前，向模具表面进行渗杂处理，包括渗硼、渗碳、渗硫、渗氮或碳氮共渗，或在淬火后采用离子渗氮或者气体软氮化的技术对磨具表面进行改性处理，以此来提高冲压模具刃口的各种性能，比如耐热性、耐磨性、抗腐蚀性等。通过对冲压模具表面进行化学或物理气相沉淀、电火花强化以及激光强化等工艺技术处理，可以大大提高模具表面的硬度，获得更好的耐磨性质及抗腐蚀、抗粘黏性质，从而很大程度地改善磨具的整体性能，极大地提高模具的使用寿命。

除以上措施外，还应该对模具表面适时进行润滑处理，减小模具与被冲器件的摩擦;时刻关注生产中容易发热的部位，并采取必要的冷却措施;生产加工前，应认真检查坯料的状态，对表面不良的坯料应进行及时清理或其他预先处理;调整模具凸凹模的合理间隙。

3.2 断裂失效的原因及措施

造成断裂失效的原因主要有两种：一种是过载断裂，另一种是扩展断裂。

当凸凹模同轴度相差较大，间隙分布不均匀，模架精度偏低时，会造成凸模在冲压过程中因受到过大的侧向力而发生断裂;凸模表面各个截面的过渡部位圆角过于尖锐，产生高于平均应力十倍之上的集中应力，造成模具承载后发生断裂。对于这种因过载而产生的断裂失效，可采取以下措施加以解决：

(1)改进设计结构。对于冲孔直径在2.5mm以下，断面积在52mm2，长度在12.5mm以上的异型孔凸模，应对杆部进行适当加粗处理，可用导向圈等工具进行加固，加大圆角半径，确保凸模各部位的过渡平滑，同时可采用其他结构如镶拼或预应力结构来减少模具应力集中的情况。

(2)在冲压模具设计过程中，应对模具强度进行校核，然后选择高一级强度的模具材料，确保模具具有足够的承载力;对热处理件要进行抽样检查，确保其强度，韧性符合标准。

冲压模具在生产工作中，造成模具扩展断裂的裂纹有很多种，包括淬火裂纹、回火裂纹、磨削裂纹、自发裂纹、脱碳裂纹、电加工裂纹等。针对不同的裂纹有不同的预防措施。

对于淬火裂纹的预防，主要是要对零件的形状进行合理设计。要将壁厚设计得尽可能相等，壁厚相差较远的两部分不能设计成一体，采用镶拼结构时应确保各模块强度尽量一致;转角部分圆角应该有较大的半径，杜绝尖角的情况;对于热处理工艺，应根据制件的实际情况包括其形状、大小以及材质等，选择适宜的工艺。

对于回火裂纹的预防，应做到零件在加热至300℃以前，采取缓慢加热的方式进行，不能加热过急，否则会因热应力过大而造成开裂;回火时也不能急剧冷却，应进行空冷处理，因为急冷会产生马氏体相变应力，造成开裂。

对于自发裂纹的预防，采用的措施是：淬火后马上进行回火，若是在常温下放置时间过长，零件会因受到相变应力而造成开裂。通常淬火到回火的间隔时间不能超过3小时，如果因某些原因不能马上回火，可以先置于100℃介质中进行保温处理，以此来延长间隔时间。

对于磨削裂纹的预防，若是淬火零件较多，磨削量较大，可以先进行低温回火(150℃)或中温回火(300℃);砂轮整修时，应确保砂轮足够锋利并且粒度合适，以此来降低磨削热，减小磨削烧伤。

对于脱碳开裂的预防，可采取的措施是用真空加热或保护气加热的方法控制加热温度，防止工件因受热温度过高而发生开裂。

对于电火花加工裂纹的预防，应在加工过程中，尽量采用较小的电规准，防止电火花产生的瞬时高温在淬火件表面产生裂纹;加工后应对变质表面层进行抛光操作。

3.3 变形失效的原因及措施

造成模具变形失效的原因主要是模具表面的负荷过大。对于这种失效形式，可以从材料选择或强化处理等方面提高受力部位的强度。

3.4 啃伤失效的原因及措施

造成啃伤失效的原因主要有装配质量不过关、安装不当、压力机的导向精度不高、送料出现误差等。对啃伤失效可用高导向精度装置的模具进行生产加工，确保零件位置的精度，减小侧向力，避免凹凸模相互啃伤。

4结语

冲压模具失效与其结构、使用材料、工作条件等都有关系。实际生产中，模具失效是一个普遍又复杂的综合性问题，受到很多因素的共同影响。因此，必须根据具体实际情况，进行具体分析，找出造成模具失效的原因，并采取相应行之有效的措施来加以预防或解决。只有这样，才能使冲压模具的使用寿命得到最大限度地延长，经济效益得到显著增加。

参考文献：

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[5]孟令先，宋学进，张元国. 冷作模具的失效分析与预防措施[J]. 锻压技术， 2007(03).

[6]陈林. 从失效分析看模具寿命及影响因素[J]. 金属成形工艺， 1996(02).

作者：王常在　魏兆芹