Modelowanie procesów azotowania i PVD podwyższających trwałość narzędzi ze stali WCL

W artykule przedstawiono procedury modelowania procesów modyfikujących warstwę wierzchnią form do ciśnieniowego odlewania aluminium wykonanych ze stali WCL Zaprojektowano proces azotowania, wykorzystując własne narzędzia do modelowania wzrostu warstwy azotowanej oraz do optymalizacji parametrów procesu pod kątem uzyskania warstwy azotowanej odpowiedniej pod powłokę PVD. Zrealizowano proces azotowania wg parametrów otrzymanych na podstawie modelowania, monitorując proces czujnikiem magnetycznym (czujnik rezultatu). Przeprowadzono dobór powłoki PVD, kierując się uzyskaniem maksymalnej adhezji do azotowanego podłoża. Modyfikowana forma po azotowaniu i nałożeniu wielowarstwowej powłoki TiN/TiCN/TiAlN uzyskała trzykrotne większą trwałość eksploatacyjną.

The paper presents processes improving the durability of casting moulds for pressure die casting of aluminum. The goal of the work was surface modification of casting mould made from X37CrMoV51 steel. These processes comprise the thermochemical treatment (here nitriding) of the mould surface and thin film PVD deposition. The nitriding process was designed using own formulated computing tools [3, 4, 6, 7] to model the nitrided layer growth. The nitriding process was optimised to obtain the nitriding layer suitable for the proposed PVD coating. At this stage of technology the most important aim is to avoid ? (Fe2,3N) and ?' (Fe4N) phases reducing the adhesion of PVD coating to the substrate - nitrided mould (Fig. 1). The nitriding process was realised when applying the parameters obtained from theoretical modeling. Additionally, this stage of surface modification was monitored by a magnetic sensor (result sensor) which reacts to nitriding layer forming. The selection of thin hard PVD coatings with the best possible adhesion to nitrided mould was made. They were: monolayer coating TiAlN with high hardness above 2500-3500 HV0,05 and excellent "work temperature" - 1123 K (Table 2), multilayer TiN/TiCN/TiAlN and TiN/TiN+TiAlN/TiAlN coatings. The multilayer coatings present better wear resistance and critical load (adhesion) than monolayer TiAlN one (Figs. 7 and 8). Hence, modified casting moulds have more than three times increase in durability.