RINGKASAN

Memilih yang Optimum lapisan acuan stamping automotif adalah keputusan kejuruteraan yang penting yang menyeimbangkan kekerasan, kelicinan, dan suhu pemprosesan untuk mencegah kegagalan alat. Walaupun PVD (Deposisi Wap Fizikal) —khususnya AlTiN dan TiAlN—telah menjadi piawaian moden untuk Keluli Kekuatan Tinggi Lanjutan (AHSS) disebabkan suhu pemprosesan yang rendah (<500°C) dan ketahanan tinggi, teknologi lama seperti TD (Peresapan Terma) kekal sebagai piawaian emas untuk rintangan galling yang melampau dalam aplikasi keluli tahan karat. Untuk senario beban tinggi yang paling mencabar, Lapisan Duplex (nitrida plasma diikuti oleh PVD) menawarkan sokongan unggul untuk mencegah kesan "kulit telur". Gunakan panduan ini untuk memadankan spesifikasi lapisan dengan bahan kerja dan isi padu pengeluaran anda.

Teknologi Lapisan Utama: PVD berbanding CVD berbanding TD

Dalam industri stamping automotif, tiga teknologi rawatan permukaan utama bersaing untuk mendapatkan spesifikasi. Memahami perbezaan termodynamik dan mekanikal antara mereka adalah penting untuk meramal jangka hayat alat dan kestabilan dimensi.

1. PVD (Pelepasan Wap Fizikal)

PVD kini merupakan teknologi yang paling serba boleh untuk perkakas automotif presisi. Ia melibatkan kondensasi wap logam (titanium, kromium, aluminium) ke atas permukaan perkakas dalam vakum pada suhu yang relatif rendah (biasanya 800°F–900°F / 425°C–480°C). Memandangkan suhu proses ini berada di bawah takat penetapan kebanyakan keluli perkakas (seperti D2 atau M2), PVD mengekalkan kekerasan dan ketepatan dimensi substrat.

Menurut Eifeler , varian PVD lanjutan seperti AlTiN (Aluminium Titanium Nitrida) menawarkan nilai kekerasan melebihi 3,000 HV dan rintangan pengoksidaan sehingga 900°C, menjadikannya ideal untuk haba tinggi yang terhasil semasa penempaan AHSS.

2. CVD (Pelepasan Wap Kimia)

CVD mencipta lapisan melalui tindak balas kimia pada permukaan, yang biasanya memerlukan suhu yang jauh lebih tinggi (~1,900°F / 1,040°C). Haba tinggi ini memerlukan kitaran rawatan haba vakum selepas lapisan untuk mengembalikan kekerasan teras alat, yang memperkenalkan risiko ketidaksempurnaan dimensi yang ketara. Walau bagaimanapun, CVD memberikan lekatan yang unggul dan boleh melapisi geometri kompleks secara seragam, termasuk lubang buta, yang mungkin terlepas daripada proses PVD berbentuk garis-pandangan.

3. TD (Peresapan Terma)

Kerap dirujuk sebagai proses "Toyota Diffusion", TD (atau TRD) mencipta lapisan vanadium karbida melalui proses peresapan mandian garam. Seperti yang dinyatakan oleh Pembuat , lapisan TD mencapai kekerasan yang sangat tinggi (~3,000–4,000 HV) dan bersifat lengai secara kimia, menjadikannya praktikal tidak terjejas oleh haus melekat (galling) semasa pembentukan keluli tahan karat atau keluli aloi rendah kekuatan tinggi (HSLA) berketebalan tinggi. Seperti CVD, suhu pemprosesan yang tinggi memerlukan rawatan haba selepas pelapisan.

Padanan Salutan dengan Bahan Kerja

Kejayaan operasi penempaan sering bergantung pada keserasian tribologi antara salutan dan logam lembaran. Ketidaksesuaian ini boleh menyebabkan kegagalan katasrofik yang cepat.

Keluli Kekuatan Tinggi Lanjutan (AHSS)

Penempaan AHSS (kekuatan tegangan >980 MPa) menghasilkan tekanan dan haba setempat yang sangat tinggi. Salutan TiN piawai kerap gagal di sini. Pilihan industri adalah PVD AlTiN aTAU TiAlN . Penambahan aluminium membentuk lapisan oksida aluminium yang keras pada permukaan semasa digunakan, yang sebenarnya meningkatkan rintangan haba. AHSS Guidelines data menunjukkan bahawa walaupun penyaduran krom mungkin tahan sehingga 50,000 hentaman, salutan PVD atau Duplex yang dipilih dengan betul boleh memperpanjangkan jangka hayat alat lebih daripada 1.2 juta hentaman.

Aloi Aluminium (Siri 5xxx/6xxx)

Aluminium terkenal dengan "haus melekat", di mana aluminium lembut melekat pada permukaan alat (fenomena yang dikenali sebagai pengimpalan sejuk). AlTiN adalah pilihan yang kurang baik di sini kerana aluminium dalam salutan mempunyai daya tarikan terhadap kepingan aluminium. Sebagai gantinya, tentukan DLC (Diamond-Like Carbon) aTAU CrN (Kromium Nitrida) . DLC menawarkan pekali geseran yang sangat rendah (0.1–0.15), membolehkan aluminium meluncur bebas tanpa melekat.

Keluli Galvanis

Pengambilan zink merupakan mod kegagalan utama apabila mengetam kepingan bergalvani. Salutan PVD piawai kadangkala boleh memburukkan lagi keadaan jika kekasaran permukaannya terlalu tinggi. Ion Nitriding atau CrN Salutan yang dipoles khusus dicadangkan untuk menahan tindak balas kimia dengan lapisan zink.

Mengendalikan pasangan bahan ini memerlukan bukan sahaja salutan yang sesuai, tetapi juga rakan pembuatan yang mampu melaksanakan keseluruhan kitar pengeluaran dengan tepat. Bagi program automotif yang memerlukan pematuhan ketat terhadap piawaian global, syarikat seperti Shaoyi Metal Technology menggunakan proses bersijil IATF 16949 untuk menguruskan segala-galanya daripada prototaip pantas hingga penempaan berkelantangan tinggi, memastikan faedah teori salutan maju ini direalisasikan dalam pengeluaran sebenar.

Kesan Telur" & Pemilihan Substrat

Salah faham biasa ialah salutan yang lebih keras dapat memperbaiki acuan lembut. Pada hakikatnya, menggunakan salutan sangat keras (3000 HV) pada keluli acuan lembut piawai (seperti D2 yang tidak dirawat) menghasilkan "Kesan Telur". Di bawah beban sentuhan tinggi dalam penempaan automotif, substrat lembut tersebut mengalami ubah bentuk secara elastik, menyebabkan salutan keras rapuh di atasnya retak dan runtuh—seperti kulit telur yang retak apabila isi di dalamnya ditekan.

Penyelesaian: Salutan Duplex.
Untuk mengelakkan perkara ini, jurutera menentukan rawatan "Duplex". Proses ini bermula dengan pengnitridan ion plasma untuk mengeras permukaan substrat keluli perkakas sehingga kedalaman ~0.1–0.2mm, mencipta kecerunan sokongan. Lapisan PVD kemudian dilapiskan di atasnya. Lapisan bawah yang dikeraskan ini menyokong lapisan tersebut, membolehkannya menahan hentakan impak melampau yang biasa berlaku dalam penempaan laju tinggi.

Selain itu, keluli perkakas D2 piawai mengandungi struktur karbida besar yang boleh bertindak sebagai titik retak. Untuk perkakas bersalut, MetalForming Magazine mengesyorkan peningkatan kepada Keluli Metalurgi Serbuk (PM) (seperti CPM M4 atau Vanadis). Taburan karbida yang lebih halus dan seragam dalam keluli PM memberikan sahabat yang lebih baik untuk lapisan dan ketahanan yang jauh lebih baik.

Metrik Prestasi & Analisis Kegagalan

Mengenalpasti bagaimana perkakas gagal adalah langkah pertama untuk memilih pembetulan lapisan yang sesuai. MISUMI kajian kejuruteraan menekankan tiga mod kegagalan yang berbeza:

• Haus abrasif: Permukaan perkakas digores atau haus secara fizikal. Penyelesaian: Tingkatkan kekerasan salutan (tukar daripada TiN kepada AlTiN atau TD).
• Haus melekat (melekat) Bahan kerja melekat pada alat. Penyelesaian: Tingkatkan pelinciran/kurangkan geseran (tukar kepada DLC atau tambah salutan atas pelincir kering WS2).
• Pecah/retak: Salutan atau tepi alat retak. Penyelesaian: Salutan mungkin terlalu tebal atau substrat terlalu rapuh. Tukar kepada salutan yang lebih kuat (kandungan aluminium lebih rendah) atau rawatan duplek pada substrat keluli PM yang lebih tahan.

Mengoptimumkan Jangka Hayat Alat

Tiada satu salutan 'terbaik' sahaja untuk semua acuan automotif. Pilihan optimum sentiasa bergantung kepada mod kegagalan yang ingin dicegah dan bahan yang dibentuk. Untuk penempaan AHSS umum, AlTiN PVD pada substrat keluli PM adalah asas industri. Untuk isu galling teruk pada keluli tahan karat, TD masih tidak terkalahkan. Dengan memadankan secara sistematik sifat salutan—kekerasan, pekali geseran, dan kestabilan haba—dengan pembolehubah pengeluaran anda, anda boleh mengubah jangka hayat alat daripada masalah penyelenggaraan kepada kelebihan kompetitif.

Soalan Lazim

1. Apakah salutan terbaik untuk penampahan AHSS?

Bagi kebanyakan aplikasi Keluli Kekuatan Tinggi Maju (AHSS), AlTiN (Aluminium Titanium Nitrida) aTAU TiAlN Salutan PVD adalah pilihan utama. Ia menawarkan kekerasan tinggi (~3400 HV) dan kestabilan haba yang sangat baik. Bagi aplikasi paling mencabar (keluli 1180 MPa ke atas), salutan Duplex (nitridasi + PVD) pada substrat keluli peranti serbuk (PM) disyorkan untuk mengelakkan kegagalan substrat.

2. Berapakah ketebalan salutan PVD yang sesuai untuk acuan penampahan?

Salutan PVD piawai untuk penampahan biasanya dikenakan pada ketebalan 3 hingga 5 mikron (0.0001–0.0002 inci). Salutan yang lebih tebal daripada ini berisiko mengelupas akibat tegasan mampatan dalaman yang tinggi, manakala salutan yang lebih nipis mungkin haus secara pramatang. Salutan berbilang lapisan kadangkala boleh dikenakan sedikit lebih tebal tanpa mengorbankan lekatan.

3. Bolehkah acuan penampahan disalut semula tanpa menanggalkan salutan sedia ada?

Secara umum, tidak. Lapisan lama perlu dikeluarkan secara kimia sebelum lapisan baru dikenakan untuk memastikan lekatan yang baik dan ketepatan dimensi. Mengenakan PVD di atas lapisan lama yang sudah haus sering menyebabkan pengelupasan dan prestasi yang kurang baik. Walau bagaimanapun, kebanyakan lapisan PVD boleh dikeluarkan secara kimia tanpa merosakkan substrat keluli alat, membolehkan pelbagai kitar hayat.