转载 模具热处理和模膛表面强化技术

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1、转载模具热处理和模膛表面强化技术[转载]模具热处理和模膛表面强化技术2011年10月02日　　表面强化处理模具模膛提高模具寿命的作用不但显著，而且成本低，是事半功倍的理想工艺方法。几乎所有的模具模膛都可以采用表面处理工艺改变其表面的组织结构、性质和表面层的形态，在不牺牲模体韧性的条件下，大幅度提高模膛表面硬度（耐磨性）和抗腐蚀性等使用性能。这些表面特性是模具模膛特别希望具有而模具钢又不能或很难提供的；而这些特性恰恰可以采取不同的表面处理工艺获得。表面处理工艺方法很多，用于模具模膛表面强化具有明显效果和潜力的工艺方法主要

2、有表面形变强化、表面相变强化、表面扩渗强化和离子注入强化等表面改性技术；物理气相沉积和化学气相沉积等薄膜技术；电化学沉积（电镀）和热喷涂等涂镀层技术。根据模具基体材料、用途和工作环境的不同，可以选用不同的表面处理技术满足强化模膛的要求。这些表面强化技术都是性价比极高的模具模膛强化技术，其中有些技术已日趋成熟，正在模具行业中推广应用，已成为模具制造技术的重要发展趋势。　　1．表面形变强化在模具模膛强化中的应用　　表面形变强化在模具模膛强化中的应用主要有喷丸强化、挤压强化和辊压强化等。表面形变强化技术是基于采取喷丸、挤压和

3、辊压等方法使模膛表面多次发生微小变形，叠加起来造成模膛表面塑性变形（冷作硬化），改善模膛表面的完整性（改善表面粗糙度、改变表层组织结构、提高表层密度），并形成压应力状态，从而提高模膛表面的疲劳性能、应力腐蚀性能和耐磨性能等，提高了模具寿命。表面形变强化对冷作模具模膛的强化效果最为明显。　　挤压和辊压分别用于挤压模（内）模膛和凸模的强化，而喷丸则可用于任何形状的模具模膛。例如，汽车和拖拉机活塞销是需求量非常大的零件，通常采用冷挤压工艺生产，而冷挤压凸模寿命较低（多在凸模工作部分向夹持部分过渡的内圆角处断裂），影响生产率，

4、对相同模具钢（W6Mo5Cr4V2）、热处理（淬火、回火）和加工（磨削）工艺的凸模，进行辊压圆角和不锟压圆角的对比试验，结果表明，辊压圆角的凸模寿命为未挤压圆角凸模的4倍～6倍。　　模具的喷丸过程是弹丸（如钢丸、玻璃丸和陶瓷丸等）流不断撞击模膛表面层并使表面层在0.1mm～0.7mm内不断积累塑性变形的过程。喷丸能使淬硬钢表层的残余奥氏体发生r→a相转变，并引入残余压应力，从而提高表层的硬度、疲劳强度的耐磨性。例如，热精压活扳手锻件的3Cr2W8V钢模具经喷丸处理后，其寿命比未经喷丸处理模具的寿命提高了50%。　　2．

5、表面相变强化在模具模膛强化中的作用　　采用高频感应、激光和电子束快速加热，可以提高模具模膛表面材料的相变点Ac1和Ac3，从而提高了冷却速度和淬火硬度，这样既保留了模体内部原有的力学性能和良好的韧性，又使模膛表面获得了极高的硬度和耐磨性，从而提高了模具寿命。　　例如，Cr12硅钢片冲模激光淬火后，其寿命比未经激光淬火模具的寿命提高了33%～60%。　　3．表面扩渗处理在模具模膛强化中的应用　　将金属或非金属沉积在模具模膛的表面上，通过扩散作用渗入到模膛表层，改变表面层（渗层）的化学组成和相结构，从而提高模具模膛表面的硬

6、度和耐磨性，这一过程称为表面扩散渗入或化学热处理。表面扩散渗入的特点是：　　（1）表面渗层与模体金属的化学成分呈连续变化，结合良好；　　（2）扩渗工艺过程不影响模体材料的结构和力学性能；　　（3）表面渗层与模体金属的结合实际上是一种复合材料，既发挥了模体材料的高韧性，又获得了表面渗层的高硬度和耐磨性，得到更好的综合性能。　　用于模具模膛的表面扩渗处理主要有渗碳、渗氮和渗硼等非金属材料；渗钒、铬和钛等金属元素；复合渗硼和硫技术等；此外，还有液体碳氮共渗（软氮化）等共渗工艺。　　液体碳氮共渗（软氮化）工艺具有处理温度低、共

7、渗时间短和适用钢种广泛等优点，可显著提高模具表面的疲劳强度和耐磨性，从而提高模具寿命。　　4．离子注入在模具模膛强化中的应用　　模具模膛的离子注入是将所需要掺杂（添加）的元素电离成离子，经电场加速使离子获得很高的速度，而后打入模具模膛，使合金元素掺杂于模膛表层，从而提高模膛表面的耐磨性和抗腐蚀性等性能。　　1）离子注入模膛表面的特点　　（1）注入的元素可以任意选取，也不受温度和固溶度的限制；　　（2）可以精确控制注入元素的数量和深度；　　（3）注入元素的纯度高，均匀性好；　　（4）直接离子注入不改变工件尺寸。　　2）离

8、子注入在模具模膛中的应用实例　　（1）在WC-6%Co硬质合金制造的反向挤压模中离子注入N，比未注入离子N的模具寿命延长3倍；　　（2）在WC-6%Co硬质合金制造的硅钢片冲裁模冲头中离子注入N，比未注入离子N的模具寿命长6倍。　　5．薄膜技术　　薄膜技术的种类很多，工艺方法主要有化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD），过