模具的表面强化处理工艺

       跟着工业自动化程度的进步，用模具成型的产品愈来愈多。现在在我国的许多企 业中，模具的运用寿数还比较低，仅相当于国外的1/3或1/5。据统计，因为模具寿数低而构成糟蹋，以及对产品质量影响所带来的损失，每年达数十亿人民币。实践证明，在模具规划和制作过程中，若能选用恰当的钢材，确定合理的热处理工艺，妥善安排工艺路线， 对充分发挥资料的潜在性能、削减能耗、降低成本、进步模具的质量和使 用寿数都将起到重大的效果。往后对模具的要求更严格，为了使之寿数更长，对强韧化处理 、外表处理的等待将愈来愈高。

 

       模具运用寿数与许多要素有关，各种要素在模具失效中所占份额是：

 

       热处理占52.2%；

 

       原资料占17.8%；

 

       运用占10%；

 

       机械、电加工占8.9%；

 

       锻造占7.8%；

 

       规划占3.3%。

 

       实际运用标明，在模具的悉数失效中，因为热处理不妥所引起失效居首位。

 

       一、模具强韧化工艺

 

       鉴于模具严苛的工作环境，为进步模具运用寿数，咱们要求模具具有优良的整体 强韧化性能。此外，还要求模具具有优异的型腔外表性能，在这种情况下呈现了对模具整体 强韧化的基础上再对其外表进行强化的各种处理。

 

       咱们知道，在一般工艺条件下，往往强度与耐性之间存在着制约联系，资料强度添加，一般 总伴跟着资料耐性的降低 。要求高强度的一起，又要求资料有较高的耐性，常常是很困难 的。可是采取强韧化处理的措施，却能使钢的强度和耐性都能得到进步。屡次冲击抗力的理 论以为在同一强度水平下，跟着冲击耐性添加，屡次冲击抗力进步，也就是破断次数N添加 ；强度水平越高，冲耐性对屡次冲击抗力所起的效果就越大。因此，在含碳量较高的模具钢 中，采用强韧化处理，在保证模具主强度的条件下，适当进步冲击耐性，使强度和耐性得到 最佳配合，必然有利于进一步进步屡次冲击抗力。

 

       强韧化处理多种多样 ，但归结起来却基本上都是经过下列途径来取得强韧化效果的：充分使用板条马氏体和下贝体组织形状，尽量削减片状马氏体；细化钢的奥氏体晶粒和过剩碳化 物，取得马氏体与具有杰出塑性的第二相的复合组织；形变热处理。

 

       1、热作模具钢高温淬火和高温回火：热作模具钢5CrMnMo采用850℃淬火，淬火时马氏体 形状以片状为主，如把淬火温度进步到900℃，使奥氏体充分均匀化，消除富碳微区，淬火 后可得板条状马氏体，然后进步了钢的回火稳定性，冲击耐性和断裂耐性，可延长模具寿数。

 

       2、高温快速短时加热：于高碳钢模具在快速加热条件下，奥氏体化不均匀，组织中保存未 溶碳化物，奥氏体晶粒细小，并使奥氏体中固溶碳和合金元素量削减，进步了Ms点，有利于 板条马氏体的构成，短时加热溶于奥体中的碳量可削减到0.6%以下，阻上了富碳区的构成， 削减了片状马氏体量，进步了耐性，可使模具得到较高强耐性。

 

       3、高碳高合金钢的低温淬火：采用低温淬火时，奥氏体中碳和合金元素溶解度削减，Ms点 进步，可取得较多的板条状马氏体，且奥氏体晶粒细小，在保证高硬度前提下具有较好耐性和强度，进步多 冲抗力，然后有效进步了模具寿数。

 

       4、形变热处理是把钢的强化与相变强化结合起来的一种强韧化工艺。形变热处理的强韧化 实质在于取得细小的奥氏体晶粒、细化马氏体添加了马氏体中位错密度，并构成胞状亚结构 ，一起促进碳化物的弥散硬化效果。

 

       二、模具外表强化处理工艺

 

       模具外表强化处理工艺主要有气体氮化法、离子氮化法、电火花外表强化法、渗硼法 、TD法、PVD法、饺硬铬法、激光外表强化法、堆焊法等离子喷涂法等等。

 

       1、气体氮化时，氨在氮化温度分解后发生活性氮原子为金属外表 吸收渗入钢中，并且不断自外表向内分散，构成氮化层，经氮化处理后，外表硬度可达HV950-1200，并能使模具具有很高的红硬性和高的疲劳强度，并进步了模具外表光洁度和抗咬合能力。

 

       2、离子氮化法是将待处理的模具放在真空容器中，充以一 定 的压力的含氮气体然后以被处理模具作阴极，以真空容器的罩壁作为 阳极，在阴阳极之间加上400-600伏的直流电压，阴阳极间便发生辉光放电，容器里的气体 被电离，在空间发生很多的电子与离子。在电场的效果下，正离子冲向阴极，以很高速度轰 击模具外表，将模具加热。高能正离子冲入模具外表，取得电子，变成氮原子被模具外表吸 收，并向内分散构成氮化层，离子氮化可进步模具耐磨性和疲劳强度。

 

       3、电火花外表强化是直接使用电能的高能量密度对外表进行强化处理的工艺。它是经过火 花放电的效果， 把作为电极的导电资料溶渗进金属工作的表层，然后构成合金化的外表强 化层，使工作外表的物理、化学 性能和机械性能得到改进 。例如采用WC、Tic等硬质合金电极资料强化高速钢或合金工具钢强化外表，能构成 硬度在HV1100以上的耐磨、耐蚀和具有红硬性的强化层，使模具的运用寿数明显地得到进步， 电火花外表强化的长处是设备简单、操作方便、耐磨性进步明显，缺陷是强化外表粗糙，强 化层厚度较薄，功率较低。

 

       4、参硼能明显进步模具外表硬度(HV1300-2000)和耐磨性，渗硼层还具有杰出的红硬性、耐 磨性、可广泛用于模具外表强化，特别适合在磨粒磨损条件下的模具，但渗硼层往往存在着 较大的脆性，困扰着它的应用。

 

       5、TD法(托氏堆积法)是在空气炉或盐槽中放入一个耐热钢制的坩埚，将硼砂放入坩埚加热 至800-1200℃，然后放入相应的碳化物构成粉末，如钛、钡、铌、铬，再将钢或硬质合金工 件放入坩埚中浸渍一定的时间，参加元素就会分散至工作外表并与钢中的碳起反响构成碳化 物层，TD法所得的碳化物层具有很高的硬度和耐磨性。

 

       6、CVD法(化学气相堆积法)是将模具放在氢气(或其它气体)保护气氛中加热至900-1200度后， 以此气体为载气，把低温气化蒸腾金属的化合物气体，如四氯化钛(TiCl4)和甲钵(或其它 碳氢化合物)蒸气带入炉中，如使TiCI4中的钛和碳氢化合物中的碳(以及钢外表的碳分)在 模具外表进行化学反响，然后生成一层所需金属化合物涂层(如碳化钛)。

 

       7、PVD法(物理气相堆积法)是在真空室中，把强化用的金属原子蒸腾，或经过荷能粒子的轰 击，在一个电流偏压的效果下，将其招引并堆积到工作外表构成强化层。使用PVD法可在工 作外表堆积碳化钛、氮化钛、氧化铝等多种化合物。

 

       8、激光外表强化法 经过黑化处理的模具外表，经激光加热后，牢靠工件自身冷却淬硬，其冷速远比 常规淬火介质中的冷速大。激光外表处理具有淬硬层深度可控，不需回火，硬度可进步15-2 0%，淬火组织细小，耐磨性高、节能效果明显，可改进工作条件等长处。