模具表面强化处理技术

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1、模具表面强化处理技术模具表面强化处理技术摘要：模具热处理不当是造成模具失效的重要原因之一，本文研究了目前模具表面强化处理的一些新工艺，分析了低温化学热处理、气相沉积、激光热处理以及稀土元素表面强化等新工艺的模具表面强化特点，为使用表面强化技术提高模具使用寿命提供参考。关键词：模具；表面强化处理；工艺；寿命模具是各工业部门的重要工艺装备，它的使用性能，特别是使用寿命反映了一个国家的工业水平，并直接影响到产品的更新换代和在国际市场上的竞争能力。因此，各国都非常重视模具工业的发展和模具寿命的提高工作。目前，我国模具的寿命还不高，模具消

2、耗量很大，因此，提高我国的模具寿命是一个十分迫切的任务。模具热处理对使用寿命影响很大。我们经常接触到的模具损坏多半是热处理不当而引起。据统计，模具由于热处理不当，而造成模具失效的占总失效率的50%以上，所以国外模具的热处理，愈来愈多地使用真空炉、半真空炉和无氧化保护气氛炉。模具热处理工艺包括基体强韧化和表面强化处理。基体强韧化在于提高基体的强度和韧性，减少断裂和变形，故它的常规热处理必须严格按工艺进行。表面强化的主要目的是提高模具表面的耐磨性、耐蚀性和润滑性能。表面强化处理方法很多，主要有渗碳、渗氮、渗硫、渗硼、氮碳共渗、渗金属

3、等。采用不同的表面强化处理工艺，可使模具使用寿命提高几倍甚至于几十倍，近几年又出现了一些新的表面强化工艺，本文着重四个方面叙述如下，供同行参考。一、低温化学热处理1.离子渗氮为了提高模具的抗蚀性、耐磨性、抗热疲劳和防粘附性能，可采用离子渗氮。离子渗氮的突出优点是显著地缩短了渗氮时间，可通过不同气体组份调节控制渗层组织，降低了渗氮层的表面脆性，变形小，渗层硬度分布曲线较平稳，不易产生剥落和热疲劳。可渗的基体材料比气体渗氮广，无毒，不会爆炸，生产安全，但对形状复杂模具，难以获得均匀的加热和均匀的渗层，且渗层较浅，过渡层较陡，温度测定

4、及温度均匀性仍有待于解决。离子渗氮温度以450～520℃为宜，经处理6～9h后，渗氮层深约0.2～0.3mm。温度过低，渗层太薄；温度过高，则表层易出现疏松层，降低抗粘模能力。离子渗氮其渗层厚度以0.2～0.3mm为宜。磨损后的离子渗氮模具，经修复和再次离子渗氮后，可重新投入使用，从而可大大地提高模具的总使用寿命。2.氮碳共渗氮碳共渗工艺温度较低(560～570℃)，变形量小，经处理的模具钢表面硬度高达900～1000HV，耐磨性好，耐蚀性强，有较高的高温硬度，可用于压铸模、冷镦模、冷挤模、热挤模、高速锻模及塑料模，分别可提高使

5、用寿命1～9倍。但气体氮碳共渗后常发生变形，膨胀量占化合物厚度的25%左右，不宜用于精密模具。处理前必经去应力退火和消除残余应力。例如：Cr12MoV钢制钢板弹簧孔冲孔凹模，经气体氮碳共渗和盐浴渗钒处理后，可使模具寿命提高3倍。又如：60Si2钢制冷镦螺钉冲头，采用预先渗氮、短时碳氮共渗、直接淬油、低温淬火及较高温度回火处理工艺，可改善心部韧性，提高冷镦冲头寿命2倍以上。碳氮共渗工艺如图1所示。3.碳氮硼三元共渗三元共渗可在渗氮炉中进行，渗剂为含硼有机渗剂和氨，其比例为1∶7，共渗温度为600℃，共渗时间4h，共渗层化合物层厚3

6、～4μm，扩散层深度为0.23mm，表面硬度为HV011050。经共渗处理后模具的寿命显著提高。例如：3Cr2W8V钢热挤压成形模，按图2所示工艺处理后，再经离子碳、氮、硼三元共渗处理，可使模具的使用寿命提高4倍以上。图2模具热处理工艺曲线二、气相沉积气相沉积技术是一种获得薄膜(膜厚0.1～5μm)的技术。即在真空中产生待沉积的材料蒸汽，该蒸汽冷凝于基体上形成所需的膜。该项技术包括物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、物理化学气相沉积(PCVD)。它是在钢、镍、钴基等合金及硬质合金表面建立碳化物等覆盖层的现代方法，覆盖

7、层有碳化物、氮化物、硼化物和复合型化合物等。1.物理气相沉积物理气相沉积技术，由于处理温度低，热畸变小，无公害，容易获得超硬层，涂层均匀等特点，应用于精密模具表面强化处理，显示出良好的应用效果。采用PVD处理获得的TiN层可保证将塑料模的使用寿命提高3～9倍，金属压力加工工具寿命提高3～59倍。螺钉头部凸模采用TiN层寿命不长，易发生脱落现象。2.化学气相沉积化学气相沉积技术，沉积物由引入高温沉积区的气体离解所产生。CVD处理的模具形状不受任何限制。CVD可以在含碳量大于0.8%的工具钢、渗碳钢、高速钢、轴承钢、铸铁以及硬质合金

8、等表面上进行。气相沉积TiC、TiN能应用于挤压模、落料模和弯曲模，也适用于粉末成型模和塑料模等。在金属模具上涂覆TiC、TiN覆层的工艺，其覆层硬度高达3000HV，且耐磨性好、抗摩擦性能提高、冲模的使用寿命可提高1～4倍。3.物理化学气相沉积由于CVD处理温