铝挤压过程中aisi h13热作模具钢crn

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1、铝挤压过程中AISIH13热作模具钢CrN、AlCrN和AlTiN涂层的滑动磨损摘要与铝滑动接触所产生的摩擦力，会对CrN涂层产生相当大的剪切应力，降低其完整性和对工具钢基体粘着力。CrN涂层遭受的最广泛的磨损破坏。由于AlCrN涂层具多层结构和很高的硬度，改善滑动磨损性能。然而，AlTiN涂层由于其非常高的耐化学性，对铝滑动接触优于CrN和AlCrN。AlTiN涂层的优越性证实由磨损率估计。1引言铝挤压过程涉及高负荷和高温，从而坯料被强制通过模具的开口，产生几乎任何形状和尺寸的型材[1,2]。模具的承受面具必须能承受大量的压力和热应力，磨损和粘着

2、，以及化学侵蚀[3-5]。据研究，滑动磨损[5]为主要失效形式之一。一旦挤出型材的尺寸和表面光洁度恶化超过容忍的限度，模具需更换或再加工一次。因此，延长挤压模具的使用寿命是这个过程中优先考虑的经济性问题4]。标准铝挤压模具材料AISIH13热作模具钢，具有高强度和延展性，良好的抗回火能力及成本适中，但不能抗滑动磨损[6]。因此，利用表面工程技术，以提高热作模具钢耐磨性引起越来越多的注意[7-14]。用物理气相沉积（PVD）工艺涂覆在工具钢表面的薄且硬的膜层，保证其在高温下具有硬度高，耐磨性好，化学稳定性[8-10,15-21]。在涂层中，CrN由于

3、形成表面氧化物钝化膜而产生的良好的摩擦性能和抗氧化性，自20世纪80年代初就已开始流行[22][4,13,16,23,24]。最近商业化的AlCrN表现出更优异的力学性能，以及较高的抗氧化性能[25,26]。富铝的薄而硬的AlTiN涂层还提供一个非常有吸引力的高温硬度和耐氧化综合性能，，以及高疲劳性能[27,28]。因此，表面工程在近几年的成型和切割工具[29,30]得到极大的关注。本文主要对AISIH13热作模具钢CrN、AlCrN、AlTiN涂层样品实际铝挤压条件下的性能进行测试。2实验磨损试验样品用AISIH13热作模具钢，1025℃奥氏体化

4、30分钟，在空气淬火，最后在625℃二次回火2小时，硬度为480±20HV。由此得到的样品进行抛光达到镜面光洁度，并超声清洗，然后才进行渗氮达到150±50毫米深度。氮化操作在直流辉光放电等离子体装置中进行，在100％的NH3气体气氛中，总压力为100帕，520℃12小时。用NOVATECH型NVT12电弧物理气相的沉积（CAPVD）装置在工具钢样品表面沉积薄而硬的CrN，CrAlN和AlTiN涂层。加热工具钢基体,用Cr轰击离子蚀刻。试样基体的温度上升到大约450±501℃由于IR（maybe热辐射）和等离子体加热。CrN涂层在三元氮化物之前沉积

5、。使用99.99％纯度的Cr和70/30％的Al-Cr，67/33％的Al-Ti阴极沉积CrN，AlCrN和AlTiN涂层。装置内被抽空到约10-3帕。阴极电流60-75A.高纯度（99.999％）氮气在N2压力1Pa的下使用，并在偏置电压为-100V。标准的金相表征涂层CAPVD的样品。涂层厚度，测定与维尔茨比埃勒Calotest球缩孔试验装置。JEOL6335F型场发射枪扫描电子显微镜（FEG-SEM）配有牛津INCA型能谱仪（EDS），对涂层的形貌和化学分析。表面层的相结构进行了检查的PhilipsPW3710掠入射配备CuKα辐射的X射线衍

6、射仪。A扫描速度：0.02°s-1的使用了0.5°的临界入射。一个FISCHERSCOPEH100模型超显微硬度测试仪是用来测量其硬度。20mN，120步，每0.5秒，负载和深度敏感性0.2mN和0.01nm。记录20个测量值的平均值。磨损试验采用本工作的共同块组装内部的加热室在气筒上的配置[9]。热作模具钢样品，5毫米×10毫米×30毫米，热处理，氮化物，最后涂上各种薄硬质涂层的接触面，担任模具轴承加工的铝筒，φ100毫米×50毫米，从商业的6063合金钢坯担任作为铝的挤出物（图1）。试验室的混合物加热至550℃。60N的法向力被施加到涂覆的试样

7、建立一个干式滑动接触旋转的铝筒。滑动速度为0.52ms-1的总的滑动距离为3900米。加载一个新坯料后，滑动操作每50秒后中断10秒，再现铝挤压工艺的周期的开始和停止的过程。法向力，摩擦力和温度分别选择与实际的挤出过程中相同参数，并在整个磨损试验连续地记录。摩擦系数在摩擦力和作用于样品接触面的法向力形成稳态条件时计算。用光学显微镜（OM）和场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）测试样品磨损表面。磨损试验样品的铝沉积在SEM调查之前，在80℃的NaOH溶液中除去。涂层表面的拓扑结构和样品的磨痕测试用VeecoWyko仪NT11003-D模型的光学轮廓仪

8、。3结果讨论（图2）显示二元CrN和三元AlCrN和AlTiN涂层表面以及横截面特征一致，沿界面无脱落或结构上的缺陷，。前