DC53的使用寿命怎样改善?

采用目前业界使用最多之日本大同DC53模具钢为研究对象，实验分成素材和处理材两个部分，素材为施以放电加工，处理材则于放电加工后之素材再个别进行PVD 披覆氮化钛镀膜、渗硫氮化与真空热处理三种强化处理。分别对DC53素材与处理材所得之不同组织与性质，检测其机械性质，并进行冲蚀及磨耗实验。利用OM、SEM 等仪器进行结构与显微分析，以了解强化处理前后变质层与强化层的显微结构变化，并分析冲蚀与磨耗试验结果，比较其表面改质强化前后所造成之影响，以判定最具效益的寿命改善技术。

     针对DC53素材和DC53处理材两个部分，经过放电加工后，素材作金相组织观察与机械性质测试，处理材个别作PVD 披覆氮化钛、渗硫氮化与真空热处理， 实验结果如下：

      1. 强化处理后的试片均较放电加工素材之表面硬度值提高，而且强化处理后基地之显微组织，均显现出大量的碳化物析出，硬度随之增加。

     2. 以6kg 冲蚀砂总量得到冲蚀表面之外观图，无论放电加工与强化处理材之试片，由于喷嘴喷射出之冲蚀颗粒成圆锥形，在较低角度（15°）时，冲蚀颗粒与试片接触对冲蚀之影响层面会较大，当90°角度冲蚀时，受冲蚀面积最小。实际观察亦发现45°时，试片所受冲蚀颗粒之影响较15°与90°的冲蚀角度为大且较深。

      3. 以SEM 观察所有试片之冲蚀正表面影像，低角度冲蚀时所有试片之表面，有较深之凹坑，形状多以长条状，类似河流之沟槽为主，而基地组织较软的放电加工素材，表面产生的塑性变形情形较其它强化处理材明显，在45°冲蚀时所有试片之表面，因垂直分力与水平分力交互作用，产生堆挤以及凹坑的现象，也是基地组织较软的放电加工素材，较另外三种明显。对于90°正向垂直冲击的冲蚀表面，均显现凹坑以及唇片重复堆栈的现象。若以耐抵抗冲蚀能力而言，除低角度的PVD-TiN 表面镀膜强化处理材有好的表现外，于中、高角度数值而言，耐抵抗冲蚀能力的材料依序为：放电加工材＞PVD-TiN 表面镀膜＞渗氮渗硫＞真空热处理。

     4. 分析冲蚀角度与冲蚀磨耗率之变化关系，在冲蚀角度小于45°时，呈现水平直线约略相同之冲蚀磨耗率，之后则随冲蚀角度增加其冲蚀磨耗率会逐渐减少，于90°角度时冲蚀磨耗率最小，呈现出典型之延性材料冲蚀曲线，而PVD-TiN 强化处理材呈现延脆性冲蚀曲线。

      5. 最大冲蚀深度出现在45°冲蚀角度附近，是因为45°附近有最大冲蚀分力，因此会产生最大之冲蚀深度，另最大冲蚀率也发生在45°附近。

      6. 分析磨耗测试结果显示，放电加工素材的试片有明显的动摩擦第一阶段，同时发现摩擦系数曲线变动很大，表示摩擦面间的磨耗粒子不断的排出。经过强化处理的试片，因为表面硬度增加，相对滑动摩擦时也维持较稳定的摩擦系数，经过PVD-TiN 强化处理表面的微硬度最高，其摩擦系数较低。

     模具的利用是产业大量生产最为重要的方式之一，然而在生产过程中，模具不断承受冲击与磨耗，若希望模具有良好的使用寿命，需要依赖模具材料的坚硬耐磨，因此业界与相关研究单位莫不致力于如何使模具钢提高硬度、耐磨耗性及韧性的研究。所以模具表面的改质，能具明显效益而强化模具寿命，故探讨具效益之模具表面强化方法，是模具领域中重要之研究课题。

模具的应用在产业中占有重要的地位，其使用寿命的延长往往是提升竞争力之重要因素。由模具钢作冲蚀磨耗实验所显示之结果，表面改质可改善材料机械性质，并提供模具钢放电加工后，较佳表面强化机制选择之依据。

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