模具表面處理技術(shù)

1、第七章第七章模具表面處理技術(shù)模具表面處理技術(shù)第一節(jié)第一節(jié)模具表面處理概述模具表面處理概述一、模具表面處理的意義一、模具表面處理的意義 模具在現(xiàn)代生產(chǎn)中是生產(chǎn)各種工業(yè)產(chǎn)品的重要工藝模具在現(xiàn)代生產(chǎn)中是生產(chǎn)各種工業(yè)產(chǎn)品的重要工藝裝備。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，特別是汽車、家電工業(yè)、裝備。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，特別是汽車、家電工業(yè)、航空航天的迅猛發(fā)展，對(duì)模具工業(yè)提出了更高的要求。航空航天的迅猛發(fā)展，對(duì)模具工業(yè)提出了更高的要求。如何如何提高模具的質(zhì)量提高模具的質(zhì)量、使用壽命使用壽命和和降低生產(chǎn)成本降低生產(chǎn)成本成為當(dāng)成為當(dāng)前迫切需要解決的問題。前迫切需要解決的問題。 模具在工作中除了要求基體具有足夠高的強(qiáng)度和韌模

2、具在工作中除了要求基體具有足夠高的強(qiáng)度和韌性的合理配合外，其表面性能對(duì)模具的工作性能和使用性的合理配合外，其表面性能對(duì)模具的工作性能和使用壽命至關(guān)重要。模具性能的改善，單純依賴基體材料的壽命至關(guān)重要。模具性能的改善，單純依賴基體材料的改進(jìn)和提高是非常有限的，也是不經(jīng)濟(jì)的，而通過表面改進(jìn)和提高是非常有限的，也是不經(jīng)濟(jì)的，而通過表面處理技術(shù)，往往可以收到事半功倍的效果，這也正是表處理技術(shù)，往往可以收到事半功倍的效果，這也正是表面處理技術(shù)在模具生產(chǎn)中得到迅速發(fā)展的原因。面處理技術(shù)在模具生產(chǎn)中得到迅速發(fā)展的原因。 模具通過不同的表面處理方法，可以只改模具通過不同的表面處理方法，可以只改變模具表層的化學(xué)

3、成分、組織、性能，從而大變模具表層的化學(xué)成分、組織、性能，從而大幅度地改善和提高模具的表面性能。如硬度、幅度地改善和提高模具的表面性能。如硬度、耐磨性、摩擦性能、脫模性能、隔熱性能、耐耐磨性、摩擦性能、脫模性能、隔熱性能、耐腐蝕和高溫抗氧化性能、提高型腔表面抗擦傷腐蝕和高溫抗氧化性能、提高型腔表面抗擦傷能力、脫模能力、抗咬合性能等，數(shù)倍、甚至能力、脫模能力、抗咬合性能等，數(shù)倍、甚至幾十倍地提高模具使用壽命。這對(duì)于提高模具幾十倍地提高模具使用壽命。這對(duì)于提高模具質(zhì)量，大幅度降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量，大幅度降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率和充分發(fā)揮模具材料的潛能都具有重大意義。充分發(fā)揮模具材料的

4、潛能都具有重大意義。 模具的表面處理技術(shù)，是通過表面涂覆、表面改模具的表面處理技術(shù)，是通過表面涂覆、表面改性或復(fù)合處理技術(shù)，改變模具表面的形態(tài)、化學(xué)成性或復(fù)合處理技術(shù)，改變模具表面的形態(tài)、化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀態(tài)，以獲得所需表面性能的分、組織結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀態(tài)，以獲得所需表面性能的系統(tǒng)工程。系統(tǒng)工程。 在模具上使用的表面技術(shù)方法多達(dá)幾十種，主在模具上使用的表面技術(shù)方法多達(dá)幾十種，主要可以歸納為化學(xué)表面處理法、物理表面處理法和要可以歸納為化學(xué)表面處理法、物理表面處理法和表面覆層處理法。從表面處理的方式上，又可分為：表面覆層處理法。從表面處理的方式上，又可分為：化學(xué)方法、物理方法、物理化學(xué)方法和機(jī)

5、械方法?；瘜W(xué)方法、物理方法、物理化學(xué)方法和機(jī)械方法。雖然提高模具表面性能新的處理技術(shù)不斷涌現(xiàn)，但雖然提高模具表面性能新的處理技術(shù)不斷涌現(xiàn)，但在模具制造中應(yīng)用較多的主要是滲氮、滲碳和硬化在模具制造中應(yīng)用較多的主要是滲氮、滲碳和硬化膜沉積技術(shù)。膜沉積技術(shù)。 第二節(jié)第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù) 化學(xué)熱處理就是將鋼件置于一定活性介質(zhì)中保溫，化學(xué)熱處理就是將鋼件置于一定活性介質(zhì)中保溫，使一種或幾種活性原子滲入工件表層，從而改變表層的使一種或幾種活性原子滲入工件表層，從而改變表層的化學(xué)成分、組織和性能的熱處理工藝方法。化學(xué)成分、組織和性能的熱處理工藝方法。 根據(jù)滲入的元素不同，化

6、學(xué)熱處理方法可以分為：滲根據(jù)滲入的元素不同，化學(xué)熱處理方法可以分為：滲碳、滲氮、碳氮共滲、滲硼、滲鋁、滲釩等?；瘜W(xué)熱處碳、滲氮、碳氮共滲、滲硼、滲鋁、滲釩等?；瘜W(xué)熱處理能有效提高模具表面的耐磨性、疲勞強(qiáng)度、耐蝕性和理能有效提高模具表面的耐磨性、疲勞強(qiáng)度、耐蝕性和抗氧化性能等。抗氧化性能等。 一、滲碳一、滲碳 滲碳就是將鋼件置于活性碳原子的介質(zhì)中保溫，使?jié)B碳就是將鋼件置于活性碳原子的介質(zhì)中保溫，使碳原子滲入工件表層的熱處理工藝方法。碳原子滲入工件表層的熱處理工藝方法。第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù) 滲碳后在模具的表面形成一層滲碳后在模具的表面形成一層1-2mm1-2

7、mm，含碳量，含碳量為為0.8%-1.05%0.8%-1.05%滲碳層。再經(jīng)過適當(dāng)?shù)拇慊鹋c回火處滲碳層。再經(jīng)過適當(dāng)?shù)拇慊鹋c回火處理，可提高模具表面的硬度、耐磨性及疲勞強(qiáng)度，理，可提高模具表面的硬度、耐磨性及疲勞強(qiáng)度，使模具心部仍保持良好的韌性和塑性。因此滲碳主使模具心部仍保持良好的韌性和塑性。因此滲碳主要用于同時(shí)受嚴(yán)重磨損和較大沖擊載荷的模具。由要用于同時(shí)受嚴(yán)重磨損和較大沖擊載荷的模具。由于滲碳溫度較高，滲后還需熱處理，模具變形較大，于滲碳溫度較高，滲后還需熱處理，模具變形較大，因此精度要求較高的模具不宜采用。因此精度要求較高的模具不宜采用。 模具的滲碳工藝有固體滲碳、液體滲碳、氣體模具的滲碳

8、工藝有固體滲碳、液體滲碳、氣體滲碳、真空滲碳、離子滲碳等。滲碳、真空滲碳、離子滲碳等。第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)1 1、固體滲碳、固體滲碳 固體滲碳是將工件置于木碳和催滲劑組成的固體滲碳是將工件置于木碳和催滲劑組成的滲碳劑的密封箱中（一般采用黃泥或耐火粘土密滲碳劑的密封箱中（一般采用黃泥或耐火粘土密封）保溫，在滲碳溫度加熱保溫使碳原子滲入工封）保溫，在滲碳溫度加熱保溫使碳原子滲入工件表面。件表面。 固體滲碳時(shí)，由于固體滲碳劑的導(dǎo)熱系數(shù)很固體滲碳時(shí)，由于固體滲碳劑的導(dǎo)熱系數(shù)很小，傳熱很慢，更由于滲碳箱尺寸往往又不相同，小，傳熱很慢，更由于滲碳箱尺寸往往又不相同，

9、即使是尺寸相同，可是工件大小及裝箱情況（滲即使是尺寸相同，可是工件大小及裝箱情況（滲碳劑的密實(shí)度，工件間的距離等）也不全相同，碳劑的密實(shí)度，工件間的距離等）也不全相同，因而滲碳加熱時(shí)間對(duì)滲層深度的影響往往不能完因而滲碳加熱時(shí)間對(duì)滲層深度的影響往往不能完全確定。因此，在生產(chǎn)中常用試棒來檢查其滲碳全確定。因此，在生產(chǎn)中常用試棒來檢查其滲碳效果。效果。第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)固體滲碳的優(yōu)缺點(diǎn)固體滲碳的優(yōu)缺點(diǎn) 固體滲碳可以在各種加熱爐中進(jìn)行，簡固體滲碳可以在各種加熱爐中進(jìn)行，簡單易行，但質(zhì)量不易控制，滲碳速度慢，生單易行，但質(zhì)量不易控制，滲碳速度慢，生產(chǎn)周期長，工人

10、勞動(dòng)條件差。產(chǎn)周期長，工人勞動(dòng)條件差。 第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)2 2、氣體滲碳、氣體滲碳 氣體滲碳是工件在氣氣體滲碳是工件在氣體介質(zhì)中進(jìn)行碳原子滲入體介質(zhì)中進(jìn)行碳原子滲入工件表面的熱處理方法。工件表面的熱處理方法。 滲碳?xì)怏w以煤油、苯、滲碳?xì)怏w以煤油、苯、丙酮或醋酸乙酯作為強(qiáng)滲丙酮或醋酸乙酯作為強(qiáng)滲劑，用甲醇、乙醇作為稀劑，用甲醇、乙醇作為稀釋劑。這些液體滴入爐內(nèi)釋劑。這些液體滴入爐內(nèi)后在高溫下汽化、分解產(chǎn)后在高溫下汽化、分解產(chǎn)生成分穩(wěn)定的滲碳?xì)怏w。生成分穩(wěn)定的滲碳?xì)怏w。 氣體滲碳爐氣體滲碳爐第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù) 氣

11、體滲碳的優(yōu)點(diǎn)氣體滲碳的優(yōu)點(diǎn) 可以通過控制系統(tǒng)控制可以通過控制系統(tǒng)控制富化氣送入量或滲劑的滴入富化氣送入量或滲劑的滴入量，以改變爐氣的碳勢，從量，以改變爐氣的碳勢，從而控制零件表面的含碳量，而控制零件表面的含碳量，滲碳速度比固體滲碳快，質(zhì)滲碳速度比固體滲碳快，質(zhì)量好。量好。 氣體滲碳適用于大批氣體滲碳適用于大批量生產(chǎn)，易于控制質(zhì)量和自量生產(chǎn)，易于控制質(zhì)量和自動(dòng)化，勞動(dòng)條件好。動(dòng)化，勞動(dòng)條件好。氣體滲碳裝爐示意圖氣體滲碳裝爐示意圖第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)3 3、液體滲碳、液體滲碳 把零件浸入含有活性碳原子的熔融鹽浴中進(jìn)行滲碳把零件浸入含有活性碳原子的熔融鹽浴中進(jìn)

12、行滲碳的方法。的方法。 鹽浴的主要成分有氰化鈉、氯化鈉、碳酸鈉和氯化鹽浴的主要成分有氰化鈉、氯化鈉、碳酸鈉和氯化鋇等。各種鹽的成分可通過不同溫度加以調(diào)節(jié)。一般鋇等。各種鹽的成分可通過不同溫度加以調(diào)節(jié)。一般薄層滲碳多采用低溫（薄層滲碳多采用低溫（850850900900）、低濃度氰化物）、低濃度氰化物鹽?。ㄒ卜Q液體氰化或液體碳氮共滲）。深層滲碳多鹽?。ㄒ卜Q液體氰化或液體碳氮共滲）。深層滲碳多采用較高溫度采用較高溫度(900(900950),950),氰化物含量為氰化物含量為6 61616。 另一種是無氰液體滲碳，主要鹽浴成分是氯化鈉、另一種是無氰液體滲碳，主要鹽浴成分是氯化鈉、氯化鉀和碳酸鈉，加

13、上經(jīng)過加工制作的滲碳劑：碳粉、氯化鉀和碳酸鈉，加上經(jīng)過加工制作的滲碳劑：碳粉、碳化硅和尿素。碳化硅和尿素。 第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)4 4、離子滲碳、離子滲碳 采用甲烷或其它滲碳采用甲烷或其它滲碳?xì)怏w和氫氣的混合氣作為氣體和氫氣的混合氣作為輝光放電的氣體介質(zhì)，在輝光放電的氣體介質(zhì)，在滲碳溫度（例如滲碳溫度（例如930930）下，利用輝光放電對(duì)工件下，利用輝光放電對(duì)工件表面進(jìn)行離子滲碳。表面進(jìn)行離子滲碳。 離子滲碳比氣體滲碳離子滲碳比氣體滲碳方法快得多。離子滲碳后，方法快得多。離子滲碳后，應(yīng)進(jìn)行直接淬火，故在爐應(yīng)進(jìn)行直接淬火，故在爐內(nèi)應(yīng)有直接冷卻裝置。內(nèi)應(yīng)有直

14、接冷卻裝置。第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)5 5、真空滲碳、真空滲碳 真空滲碳爐是將工件放真空滲碳爐是將工件放置在真空爐內(nèi)通過不斷的向置在真空爐內(nèi)通過不斷的向爐內(nèi)充入滲碳?xì)夥?，使碳原爐內(nèi)充入滲碳?xì)夥?，使碳原子滲入工件表面。子滲入工件表面。 與氣體滲碳相比真空滲與氣體滲碳相比真空滲碳溫度高（約碳溫度高（約1100），），滲碳速度快，質(zhì)量好。滲碳速度快，質(zhì)量好。 第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)雙室真空滲碳淬火爐雙室真空滲碳淬火爐雙室真空滲碳淬火爐結(jié)構(gòu)示意圖雙室真空滲碳淬火爐結(jié)構(gòu)示意圖第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理

15、技術(shù)二、滲氮二、滲氮 向金屬表面滲入氮元素的工藝稱為滲氮，通常向金屬表面滲入氮元素的工藝稱為滲氮，通常也稱為氮化。也稱為氮化。 鋼滲氮后可以獲得比滲碳更高的表面硬度和耐鋼滲氮后可以獲得比滲碳更高的表面硬度和耐磨性，滲氮后的表面硬度可以高達(dá)磨性，滲氮后的表面硬度可以高達(dá)HV9501200(HV9501200(相相當(dāng)于當(dāng)于HRC65HRC6572)72)，而且到，而且到600600仍可維持相當(dāng)高的硬仍可維持相當(dāng)高的硬度。滲氮還可獲得比滲碳更高的彎曲疲勞強(qiáng)度此度。滲氮還可獲得比滲碳更高的彎曲疲勞強(qiáng)度此外，由于滲氮溫度較低外，由于滲氮溫度較低(500(500一一570570之間之間) )，故變形，故變

16、形很小滲氮也可以提高工件的抗腐蝕性能但是滲很小滲氮也可以提高工件的抗腐蝕性能但是滲氮工藝過程較長，滲層也較薄，不能承受太大的接氮工藝過程較長，滲層也較薄，不能承受太大的接觸應(yīng)力。目前主要應(yīng)用于壓鑄模、擠壓模、冷作模觸應(yīng)力。目前主要應(yīng)用于壓鑄模、擠壓模、冷作模具等具等. .第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù) 滲氮的缺點(diǎn)滲氮的缺點(diǎn) 工藝復(fù)雜，成本高，氮化層薄。因而主要工藝復(fù)雜，成本高，氮化層薄。因而主要用于耐磨性及精度均要求很高的零件，或要求用于耐磨性及精度均要求很高的零件，或要求耐熱、耐磨及耐蝕的零件。例如精密機(jī)床絲杠、耐熱、耐磨及耐蝕的零件。例如精密機(jī)床絲杠、鏜床主軸

17、、氣輪機(jī)閥門和閥桿、精密傳動(dòng)齒輪鏜床主軸、氣輪機(jī)閥門和閥桿、精密傳動(dòng)齒輪和軸、發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸和排氣閥以及熱作模具等。和軸、發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸和排氣閥以及熱作模具等。第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)1 1、氣體滲氮、氣體滲氮 氣體滲氮在密閉的滲氮罐內(nèi)進(jìn)行。工件放入用鎳鉻氣體滲氮在密閉的滲氮罐內(nèi)進(jìn)行。工件放入用鎳鉻不銹、耐熱鋼等制成的滲氮罐內(nèi)，用鉻礦砂等進(jìn)行密封。不銹、耐熱鋼等制成的滲氮罐內(nèi)，用鉻礦砂等進(jìn)行密封。通入經(jīng)過干燥箱、流量計(jì)的氨氣，氨氣在通入經(jīng)過干燥箱、流量計(jì)的氨氣，氨氣在380380以上會(huì)以上會(huì)分解出活性氮原子滲入工件表面，廢氣通過排氣管，泡分解出活性氮原子滲入工件表面

18、，廢氣通過排氣管，泡泡瓶排出爐外。一般爐內(nèi)要保持泡瓶排出爐外。一般爐內(nèi)要保持3050mm3050mm油柱的壓力。油柱的壓力。工件裝入滲氮罐，密封并在加熱爐內(nèi)加熱同時(shí)，立即向工件裝入滲氮罐，密封并在加熱爐內(nèi)加熱同時(shí)，立即向滲氮罐內(nèi)通入氨氣。冷卻時(shí)應(yīng)隨爐冷卻，至爐溫降至滲氮罐內(nèi)通入氨氣。冷卻時(shí)應(yīng)隨爐冷卻，至爐溫降至200200以下，停氨，出爐，開箱。以下，停氨，出爐，開箱。 氣體滲氮的特點(diǎn)氣體滲氮的特點(diǎn) 生產(chǎn)周期長、滲氮速度慢、效生產(chǎn)周期長、滲氮速度慢、效率低、費(fèi)用高、對(duì)材料要求嚴(yán)。率低、費(fèi)用高、對(duì)材料要求嚴(yán)。 第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)2 2、離子氮化、離子氮化

19、 利用稀薄氣體的輝光放電現(xiàn)象加熱工件表面利用稀薄氣體的輝光放電現(xiàn)象加熱工件表面和電離化學(xué)熱處理介質(zhì)，使之實(shí)現(xiàn)在金屬表面和電離化學(xué)熱處理介質(zhì)，使之實(shí)現(xiàn)在金屬表面滲入欲滲元素的工藝稱為輝光放電離子化學(xué)熱滲入欲滲元素的工藝稱為輝光放電離子化學(xué)熱處理，簡稱離子化學(xué)熱處理。因?yàn)樵谥饕ぷ魈幚恚喎Q離子化學(xué)熱處理。因?yàn)樵谥饕ぷ骺臻g內(nèi)是等離子體，故又稱等離子化學(xué)熱處理?？臻g內(nèi)是等離子體，故又稱等離子化學(xué)熱處理。在離子轟擊作用下，從陰極表面沖擊出鐵原子，在離子轟擊作用下，從陰極表面沖擊出鐵原子，與等離子區(qū)的氮離子及電子結(jié)合而成與等離子區(qū)的氮離子及電子結(jié)合而成FeNFeN此此FeNFeN被工件表面吸附，在離子

20、轟擊作用下，逐漸被工件表面吸附，在離子轟擊作用下，逐漸分解為低價(jià)氮化物和氮原子，氮原子就向內(nèi)部分解為低價(jià)氮化物和氮原子，氮原子就向內(nèi)部滲入及擴(kuò)散。滲入及擴(kuò)散。第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)離子滲氮爐離子滲氮爐離子滲氮爐結(jié)構(gòu)示意圖離子滲氮爐結(jié)構(gòu)示意圖第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)離子滲氮的特點(diǎn)離子滲氮的特點(diǎn) （1 1） 速度快速度快 特別在滲氮時(shí)間較短時(shí)尤為突出。特別在滲氮時(shí)間較短時(shí)尤為突出。例如一般滲氮深度例如一般滲氮深度0.300.50mm0.300.50mm，離子滲氮時(shí)間僅為，離子滲氮時(shí)間僅為普通氣體滲氮的普通氣體滲氮的1/3-1

21、/51/3-1/5。 （2 2） 離子滲氮層組織結(jié)構(gòu)可控。離子滲氮層組織結(jié)構(gòu)可控。 （3 3） 離子滲氮層的韌性好，因此，大大擴(kuò)大了離離子滲氮層的韌性好，因此，大大擴(kuò)大了離子滲氮的應(yīng)用范圍不僅普通氣體滲氮所應(yīng)用的鋼種子滲氮的應(yīng)用范圍不僅普通氣體滲氮所應(yīng)用的鋼種能進(jìn)行離子滲氮，還可應(yīng)用于氮碳共滲（軟氮化）的能進(jìn)行離子滲氮，還可應(yīng)用于氮碳共滲（軟氮化）的工件。工件。 （4 4）節(jié)能。）節(jié)能。第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)滲氮層脆性的評(píng)定滲氮層脆性的評(píng)定 脆性等級(jí)分成四脆性等級(jí)分成四級(jí)，級(jí)， I I級(jí)不脆，壓痕級(jí)不脆，壓痕完整無缺；完整無缺；級(jí)略脆，級(jí)略脆，壓痕邊緣略有

22、崩碎；壓痕邊緣略有崩碎；級(jí)，脆，壓痕邊緣級(jí)，脆，壓痕邊緣崩碎較大；崩碎較大；級(jí)極級(jí)極脆，壓痕邊嚴(yán)重脆。脆，壓痕邊嚴(yán)重脆。通常通常I I、級(jí)為合級(jí)為合格檢查時(shí)一般都用格檢查時(shí)一般都用標(biāo)準(zhǔn)級(jí)別圖對(duì)照定級(jí)。標(biāo)準(zhǔn)級(jí)別圖對(duì)照定級(jí)。 第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)應(yīng)用應(yīng)用n （1 1）Cr12MoVCr12MoV鋼制鋼板彈簧孔沖孔凹模，鋼制鋼板彈簧孔沖孔凹模，經(jīng)氣體氮碳共滲和鹽浴滲釩處理后，可使模具經(jīng)氣體氮碳共滲和鹽浴滲釩處理后，可使模具壽命提高壽命提高3 3倍。倍。n （2 2）60Si260Si2鋼制冷墩螺釘沖頭，采用預(yù)先鋼制冷墩螺釘沖頭，采用預(yù)先滲氮、短時(shí)碳氮共滲、直接

23、淬油、低溫淬火及滲氮、短時(shí)碳氮共滲、直接淬油、低溫淬火及較高溫度回火處理工藝，可改善心部韌性，提較高溫度回火處理工藝，可改善心部韌性，提高冷墩沖頭壽命高冷墩沖頭壽命2 2倍以上。倍以上。 第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)三、鋼的碳氮共滲三、鋼的碳氮共滲 在鋼的表面同時(shí)滲入碳和氮的化學(xué)熱處理在鋼的表面同時(shí)滲入碳和氮的化學(xué)熱處理工藝稱為碳氮共滲。工藝稱為碳氮共滲。 目的目的 對(duì)低碳結(jié)構(gòu)鋼、中碳結(jié)構(gòu)鋼以及不銹鋼等，對(duì)低碳結(jié)構(gòu)鋼、中碳結(jié)構(gòu)鋼以及不銹鋼等，為了提高其表面硬度、耐磨性及疲勞強(qiáng)度，進(jìn)行為了提高其表面硬度、耐磨性及疲勞強(qiáng)度，進(jìn)行820850820850碳氮共滲。中碳

24、調(diào)質(zhì)鋼在碳氮共滲。中碳調(diào)質(zhì)鋼在570600570600溫度進(jìn)行碳氮共滲，可提高其耐磨性及疲勞強(qiáng)度，溫度進(jìn)行碳氮共滲，可提高其耐磨性及疲勞強(qiáng)度，而高速鋼在而高速鋼在550560550560碳氮共滲的目的是進(jìn)一步碳氮共滲的目的是進(jìn)一步提高其表面硬度、耐磨性及熱穩(wěn)定性。提高其表面硬度、耐磨性及熱穩(wěn)定性。 第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)碳氮共滲的分類碳氮共滲的分類 （1 1）碳氮共滲）碳氮共滲 以滲碳為主，共滲溫度以滲碳為主，共滲溫度820-870820-870，滲劑為煤油、苯、甲苯、丙酮等，滲劑為煤油、苯、甲苯、丙酮等，同時(shí)通入氨氣，或使用尿素、甲酰胺等。材料同時(shí)通入氨

25、氣，或使用尿素、甲酰胺等。材料一般為中、低碳鋼及合金鋼。一般為中、低碳鋼及合金鋼。 （2 2）氮碳共滲）氮碳共滲 以滲氮為主，共滲溫度以滲氮為主，共滲溫度550-570550-570，滲劑為尿素、甲酰胺、三乙醇胺等。，滲劑為尿素、甲酰胺、三乙醇胺等。材料不受限制。材料不受限制。 碳氮共滲已應(yīng)用于壓鑄模、擠壓模、塑料碳氮共滲已應(yīng)用于壓鑄模、擠壓模、塑料模等。模等。第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)四、滲硼四、滲硼 滲硼是將鋼的表面滲入硼元素以獲得鐵的硼化物滲硼是將鋼的表面滲入硼元素以獲得鐵的硼化物的熱處理工藝方法。的熱處理工藝方法。 通過滲硼能顯著提高鋼件表面硬度通過滲

26、硼能顯著提高鋼件表面硬度(l400(l4002000HV)2000HV)和耐磨性，以及具有良好的紅硬性及耐蝕性。和耐磨性，以及具有良好的紅硬性及耐蝕性。 鋼的表面滲入硼后，由于硼在鋼的表面滲入硼后，由于硼在 -Fe -Fe中的溶解中的溶解度很小，因此會(huì)形成硼化物度很小，因此會(huì)形成硼化物Fe2B (Fe2B (硬度為硬度為l400l4001600HV) 1600HV) ，或，或FeB (FeB (硬度為硬度為l8002000HV) l8002000HV) 。Fe2BFe2B脆脆性較小，一般呈梳齒狀楔入基體；性較小，一般呈梳齒狀楔入基體；FeBFeB脆性較大，易脆性較大，易剝落。剝落。第二節(jié)模具表

27、面的化學(xué)熱處理技術(shù)第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)滲硼方法滲硼方法 滲硼法有固體滲硼、液體滲硼及氣體滲硼。但由滲硼法有固體滲硼、液體滲硼及氣體滲硼。但由于氣體滲硼采用乙硼烷或三氯化硼氣體，前者不穩(wěn)定于氣體滲硼采用乙硼烷或三氯化硼氣體，前者不穩(wěn)定易爆炸，后者有毒，又容易分解，因此較少采用?，F(xiàn)易爆炸，后者有毒，又容易分解，因此較少采用?，F(xiàn)在生產(chǎn)上采用的是粉末滲硼和鹽浴滲硼。在生產(chǎn)上采用的是粉末滲硼和鹽浴滲硼。 1、固體滲硼法、固體滲硼法 目前最常用的是用下列配方的粉末滲硼法：目前最常用的是用下列配方的粉末滲硼法：5KBF4+5B4C+90SiC+Mn-Fe。把這些物質(zhì)的粉。把這些物質(zhì)的粉末和勻裝入耐

28、熱鋼板焊成的箱內(nèi)，工件以一定的間隔末和勻裝入耐熱鋼板焊成的箱內(nèi)，工件以一定的間隔(20一一30mm)埋入滲劑內(nèi)，蓋上箱蓋，在埋入滲劑內(nèi)，蓋上箱蓋，在9001000的溫度保溫的溫度保溫15小時(shí)后，出爐隨箱冷卻即可。小時(shí)后，出爐隨箱冷卻即可。第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù) 滲劑中各部分的作用滲劑中各部分的作用 B4CB4C為硼的來源，為硼的來源，KBF4KBF4是催滲劑，是催滲劑，SiCSiC是填充是填充劑，劑，Mn-FeMn-Fe則起到使?jié)B劑滲后松散而不結(jié)塊的作用。則起到使?jié)B劑滲后松散而不結(jié)塊的作用。一般滲硼后冷至室溫開箱時(shí)，滲劑松散，工件表一般滲硼后冷至室溫開箱時(shí)

29、，滲劑松散，工件表面無結(jié)垢等現(xiàn)象，無需特殊清理。由于固體滲硼面無結(jié)垢等現(xiàn)象，無需特殊清理。由于固體滲硼法無需特殊設(shè)備，操作簡單，工件表面清潔，已法無需特殊設(shè)備，操作簡單，工件表面清潔，已逐漸成為最有前途的滲硼方法。逐漸成為最有前途的滲硼方法。第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)2 2、鹽浴滲硼、鹽浴滲硼 常用鹽浴成分有下列三種：常用鹽浴成分有下列三種： (1) 60(1) 60硼砂十硼砂十4040碳化硼或硼鐵；，碳化硼或硼鐵；， (2) 5060(2) 5060硼砂硼砂+4050+4050S1CS1C； (3) 45(3) 45BaCI+45BaCI+45NaCI+10

30、NaCI+10B4CB4C或硼鐵。或硼鐵。 鹽浴滲硼同樣具有設(shè)備簡單，滲層結(jié)構(gòu)易于控鹽浴滲硼同樣具有設(shè)備簡單，滲層結(jié)構(gòu)易于控制等優(yōu)點(diǎn)。但有鹽浴流動(dòng)性差，工件粘鹽難以清理等制等優(yōu)點(diǎn)。但有鹽浴流動(dòng)性差，工件粘鹽難以清理等缺點(diǎn)。一般鹽浴滲硼溫度采用缺點(diǎn)。一般鹽浴滲硼溫度采用95010009501000，滲硼時(shí)，滲硼時(shí)間根據(jù)滲層深度要求而定，一般不超過間根據(jù)滲層深度要求而定，一般不超過6 6小時(shí)。因?yàn)樾r(shí)。因?yàn)闀r(shí)間過長，不僅滲層增深緩慢，而且使?jié)B硼層脆性增時(shí)間過長，不僅滲層增深緩慢，而且使?jié)B硼層脆性增加。加。第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)滲硼后的熱處理滲硼后的熱處理 對(duì)心

31、部強(qiáng)度要求較高的零件，滲硼后還對(duì)心部強(qiáng)度要求較高的零件，滲硼后還需進(jìn)行熱處理。由于需進(jìn)行熱處理。由于FeBFeB相、相、Fe2BFe2B相和基體的相和基體的膨脹系數(shù)差別很大膨脹系數(shù)差別很大, ,加熱淬火時(shí)，硼化物不發(fā)加熱淬火時(shí)，硼化物不發(fā)生相變，但基體發(fā)生相變。因此滲硼層容易出生相變，但基體發(fā)生相變。因此滲硼層容易出現(xiàn)裂紋和崩落。這就要求盡可能采用緩和的冷現(xiàn)裂紋和崩落。這就要求盡可能采用緩和的冷卻方法，淬火后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行回火。卻方法，淬火后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行回火。第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)五、滲金屬五、滲金屬 滲金屬方法和滲硼法相類似，根據(jù)所用滲劑聚滲金屬方法和滲硼法相

32、類似，根據(jù)所用滲劑聚集狀態(tài)不同，可分固體法、液體法及氣體法。集狀態(tài)不同，可分固體法、液體法及氣體法。 1 1、固體法滲金屬、固體法滲金屬 最常用的是粉末包裝法，把工件、粉末狀的最常用的是粉末包裝法，把工件、粉末狀的滲劑、催滲劑和防燒結(jié)劑共同裝箱、密封、加熱擴(kuò)滲劑、催滲劑和防燒結(jié)劑共同裝箱、密封、加熱擴(kuò)散而得。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡單，無需特殊設(shè)散而得。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡單，無需特殊設(shè)備，小批生產(chǎn)應(yīng)用較多，如滲鉻、滲釩等。缺點(diǎn)是備，小批生產(chǎn)應(yīng)用較多，如滲鉻、滲釩等。缺點(diǎn)是產(chǎn)量低，勞動(dòng)條件差，滲層有時(shí)不均勻，質(zhì)量不易產(chǎn)量低，勞動(dòng)條件差，滲層有時(shí)不均勻，質(zhì)量不易控制等。控制等。第二節(jié)模具表面的化

33、學(xué)熱處理技術(shù)第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù) 如固體滲鉻，滲劑為如固體滲鉻，滲劑為100100200200目鉻鐵粉目鉻鐵粉( (含含Cr65Cr65)(4060)(4060)+NH4Cl(123)+NH4Cl(123)，其余為，其余為AlAl2 2O O3 3, , 滲鉻過程滲鉻過程 當(dāng)加熱至當(dāng)加熱至10501050的滲鉻溫度時(shí)，的滲鉻溫度時(shí)，氯化銨分解形成氯化銨分解形成HClHCl，HClHCl與鉻鐵粉作用形成與鉻鐵粉作用形成CrClCrCl2 2，在，在CrClCrCl2 2遷移到工件表面時(shí)，分解出活性遷移到工件表面時(shí)，分解出活性鉻原子鉻原子CrCr滲入工件表面。與此同時(shí)，氯與氫結(jié)滲入工件表

34、面。與此同時(shí)，氯與氫結(jié)合成合成HCIHCI，HCIHCI再至鉻鐵粉表面形成再至鉻鐵粉表面形成CrClCrCl2 2，并重，并重復(fù)前述過程而達(dá)到滲鉻目的。復(fù)前述過程而達(dá)到滲鉻目的。第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)2、液體法滲金屬、液體法滲金屬n 分為兩種，一種是鹽浴法，一種是熱浸法。分為兩種，一種是鹽浴法，一種是熱浸法。n 目前最常用的鹽浴法滲金屬是目前最常用的鹽浴法滲金屬是TDTD法。它是在熔融法。它是在熔融的硼砂浴中加入被滲金屬粉末，工件在鹽浴中被加熱，的硼砂浴中加入被滲金屬粉末，工件在鹽浴中被加熱， 同時(shí)還進(jìn)行滲金屬的過程。同時(shí)還進(jìn)行滲金屬的過程。n 以滲釩為例

35、：把欲滲工件放人以滲釩為例：把欲滲工件放人 (8085)(8085)NaNa2 2B B4 40 07 7202015)15)釩鐵粉鹽浴中，在釩鐵粉鹽浴中，在950950保溫保溫3535小時(shí)，即可得到一定厚度小時(shí)，即可得到一定厚度( (幾個(gè)微米到幾個(gè)微米到2020微米微米) )的滲釩的滲釩層。層。 第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)TDTD覆層的主要特點(diǎn)覆層的主要特點(diǎn)n （1 1）具有很高的表面硬度，可達(dá)）具有很高的表面硬度，可達(dá)HV2800HV280032003200，遠(yuǎn)，遠(yuǎn)高于氮化和鍍硬鉻等表面處理方法，因而具有極高的表面高于氮化和鍍硬鉻等表面處理方法，因而具有極

36、高的表面耐磨、抗拉傷和耐腐蝕等性能。耐磨、抗拉傷和耐腐蝕等性能。n （2 2）由于表面覆層是通過金屬原子的擴(kuò)散作用形成）由于表面覆層是通過金屬原子的擴(kuò)散作用形成的，因此覆層與基體具有冶金結(jié)合，結(jié)合力較鍍硬鉻、的，因此覆層與基體具有冶金結(jié)合，結(jié)合力較鍍硬鉻、PVDPVD或或PCVDPCVD的鍍層高得多，這一點(diǎn)對(duì)于成形類模具的應(yīng)用的鍍層高得多，這一點(diǎn)對(duì)于成形類模具的應(yīng)用極其重要。極其重要。n （3 3）TDTD覆層厚度可達(dá)覆層厚度可達(dá)4 420mm20mm，覆層致密光滑。，覆層致密光滑。n （4 4）具有極高的耐腐蝕性能。）具有極高的耐腐蝕性能。n （5 5）可以實(shí)現(xiàn)重復(fù)處理。）可以實(shí)現(xiàn)重復(fù)處理。

37、第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)n 缺點(diǎn)缺點(diǎn)n 是鹽浴有比重偏析，必須在滲入過程中不斷攪動(dòng)是鹽浴有比重偏析，必須在滲入過程中不斷攪動(dòng)鹽浴。另外，硼砂的鹽浴。另外，硼砂的PHPH值為值為9 9，有腐蝕作用，必須及，有腐蝕作用，必須及時(shí)清洗工件。時(shí)清洗工件。n 適用材料適用材料n 只要材料含有一定量的碳元素，如含碳量大于只要材料含有一定量的碳元素，如含碳量大于0.3%0.3%的各類鋼鐵材料、硬質(zhì)合金等，都可以在工件表的各類鋼鐵材料、硬質(zhì)合金等，都可以在工件表面形成面形成VCVC覆層。覆層。 第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)TDTD法可以解決的

38、問題法可以解決的問題n （1 1）由粘著磨損所引起的模具與工件或工件與工件）由粘著磨損所引起的模具與工件或工件與工件之間的拉傷、粘附問題，如各類鋼板或有色金屬的拉之間的拉傷、粘附問題，如各類鋼板或有色金屬的拉延、彎曲、翻邊、滾壓成形和壓鑄成形等模具或其他延、彎曲、翻邊、滾壓成形和壓鑄成形等模具或其他相互接觸并有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的工件表面，采用相互接觸并有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的工件表面，采用TDTD覆層處理覆層處理是目前解決此類問題最好的方法之一，并可以提高其是目前解決此類問題最好的方法之一，并可以提高其使用壽命數(shù)倍至數(shù)十倍。使用壽命數(shù)倍至數(shù)十倍。n（2 2）由磨粒磨損、粘著磨損、摩擦氧化或其共同作用）由磨粒磨損、

39、粘著磨損、摩擦氧化或其共同作用而引起的工件尺寸超差等問題，如沖裁、冷鐓、粉末而引起的工件尺寸超差等問題，如沖裁、冷鐓、粉末冶金等模具或其他零配件，通過冶金等模具或其他零配件，通過TDTD覆層處理后，可提覆層處理后，可提高使用壽命數(shù)倍至數(shù)十倍。高使用壽命數(shù)倍至數(shù)十倍。第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)TDTD法的應(yīng)用法的應(yīng)用n（1 1）汽車沖壓件成形模具）汽車沖壓件成形模具n 在高強(qiáng)度鋼板和厚料板的沖壓成形過程中，未經(jīng)過表在高強(qiáng)度鋼板和厚料板的沖壓成形過程中，未經(jīng)過表面處理的工件表面拉傷嚴(yán)重，有些甚至無法正常生產(chǎn)。經(jīng)面處理的工件表面拉傷嚴(yán)重，有些甚至無法正常生產(chǎn)。經(jīng)TD

40、TD覆層處理后，一方面根本上解決了工件表面的拉傷問題，覆層處理后，一方面根本上解決了工件表面的拉傷問題，無須經(jīng)常停機(jī)修磨模具，提高了生產(chǎn)效率，改善了產(chǎn)品的無須經(jīng)常停機(jī)修磨模具，提高了生產(chǎn)效率，改善了產(chǎn)品的外觀。另一方面，模具壽命一般可以達(dá)數(shù)十萬件，并能確外觀。另一方面，模具壽命一般可以達(dá)數(shù)十萬件，并能確保沖壓件尺寸的一致性，有效提升產(chǎn)品質(zhì)量保沖壓件尺寸的一致性，有效提升產(chǎn)品質(zhì)量。n（2 2）粉末冶金模具）粉末冶金模具n 被加工材料為磁鐵粉，原來模具材料被加工材料為磁鐵粉，原來模具材料Cr12Cr12，壽命，壽命2 24 4萬次，后改用萬次，后改用Cr12MoVCr12MoV，并進(jìn)行，并進(jìn)行TD

41、TD覆層處理，壽命達(dá)到覆層處理，壽命達(dá)到20204040萬次，壽命提高萬次，壽命提高1010倍以上。倍以上。 第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)模具表面處理模具表面處理-TD-TD覆層組織覆層組織 模具表面處理模具表面處理-TD-TD覆層圖覆層圖 第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)n 熱浸法滲金屬是較早應(yīng)用的滲金屬工藝，典型熱浸法滲金屬是較早應(yīng)用的滲金屬工藝，典型的例子是滲鋁。其方法是：把滲鋁零件經(jīng)過除油去的例子是滲鋁。其方法是：把滲鋁零件經(jīng)過除油去銹后，浸入銹后，浸入780780土土1010熔融的鋁淬中經(jīng)熔融的鋁淬中經(jīng)15601560分鐘分

42、鐘后取出，此時(shí)在零件表面附著一層高濃度鋁覆蓋層，后取出，此時(shí)在零件表面附著一層高濃度鋁覆蓋層，然后在然后在95095010501050溫度下保溫溫度下保溫4545小時(shí)進(jìn)行擴(kuò)散小時(shí)進(jìn)行擴(kuò)散處理。為了防止零件在滲鋁時(shí)鐵的溶解，在鋁液中處理。為了防止零件在滲鋁時(shí)鐵的溶解，在鋁液中應(yīng)加入應(yīng)加入1010左右的鐵。鋁液溫度之所以如此選擇，左右的鐵。鋁液溫度之所以如此選擇，主要考慮溫度過低時(shí)，鋁液流動(dòng)性不好，且?guī)ё咪X主要考慮溫度過低時(shí)，鋁液流動(dòng)性不好，且?guī)ё咪X液過多。溫度過高，鋁液表面氧化劇烈。液過多。溫度過高，鋁液表面氧化劇烈。 第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)3 3、氣體法滲

43、金屬、氣體法滲金屬n 一般在密封的罐中進(jìn)行，把坩堝加熱至滲金一般在密封的罐中進(jìn)行，把坩堝加熱至滲金屬溫度，被滲金屬的鹵化物氣體掠過工件表面時(shí)屬溫度，被滲金屬的鹵化物氣體掠過工件表面時(shí)發(fā)生置換、還原、熱分解等反應(yīng)，分解出的活性發(fā)生置換、還原、熱分解等反應(yīng)，分解出的活性金屬原子滲入工件表面。金屬原子滲入工件表面。 n 以氣體滲鉻為例，其過程是：把干燥氫氣通以氣體滲鉻為例，其過程是：把干燥氫氣通過濃鹽酸得到過濃鹽酸得到HClHCl氣體后引入滲鉻罐，在罐的進(jìn)氣氣體后引入滲鉻罐，在罐的進(jìn)氣口處放置鉻鐵粉。當(dāng)口處放置鉻鐵粉。當(dāng)HClHCl氣體通過高溫的鉻鐵粉時(shí)，氣體通過高溫的鉻鐵粉時(shí)，制得了氯化亞鉻氣體。

44、當(dāng)生成的氯化亞鉻氣體掠制得了氯化亞鉻氣體。當(dāng)生成的氯化亞鉻氣體掠過零件表面時(shí)，通過置換、還原、熱分解等反應(yīng)，過零件表面時(shí)，通過置換、還原、熱分解等反應(yīng)，在零件表面沉積鉻，從而獲得滲鉻層。在零件表面沉積鉻，從而獲得滲鉻層。 第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)n 氣體滲鉻速度較快，但氫氣容易爆炸，氯化氫具氣體滲鉻速度較快，但氫氣容易爆炸，氯化氫具有腐蝕性，故應(yīng)注意安全。有腐蝕性，故應(yīng)注意安全。 n 滲金屬法的進(jìn)一步發(fā)展是多元共滲，即在金屬表滲金屬法的進(jìn)一步發(fā)展是多元共滲，即在金屬表面同時(shí)滲入兩種或兩種以上的金屬元素，如鉻鋁共滲，面同時(shí)滲入兩種或兩種以上的金屬元素，如鉻鋁共

45、滲，鋁硅共滲等等。與此同時(shí)，還出現(xiàn)金屬元素與非金屬鋁硅共滲等等。與此同時(shí)，還出現(xiàn)金屬元素與非金屬元素的兩種元素的共滲，如硼釩共滲，硼鋁共滲等。元素的兩種元素的共滲，如硼釩共滲，硼鋁共滲等。進(jìn)行多元共滲的目的是兼取單一滲的長處，克服單一進(jìn)行多元共滲的目的是兼取單一滲的長處，克服單一滲的不足。例如硼釩共滲，可以兼取單一滲釩層的硬滲的不足。例如硼釩共滲，可以兼取單一滲釩層的硬度高、韌性好和單一滲硼層層深較厚的優(yōu)點(diǎn)，克服了度高、韌性好和單一滲硼層層深較厚的優(yōu)點(diǎn)，克服了滲釩層較薄及滲硼層較脆的缺點(diǎn)，獲得了較好的綜合滲釩層較薄及滲硼層較脆的缺點(diǎn)，獲得了較好的綜合性能。性能。第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)第

46、二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)幾種化學(xué)熱處理工藝的比較幾種化學(xué)熱處理工藝的比較 處理方法處理方法滲碳滲碳氮化氮化碳氮共滲碳氮共滲處理工藝處理工藝滲碳滲碳+ +淬火淬火+ +低溫回低溫回火火氮化氮化碳氮共滲碳氮共滲+ +淬火淬火+ +低低溫回火溫回火生產(chǎn)周期，生產(chǎn)周期，約約3-9h3-9h約約20-50h20-50h約約1-2h1-2h表層深度表層深度0.5-20.5-20.3-0.50.3-0.50.2-0.50.2-0.5硬度硬度58-6358-6365-70HRC(1000HV-65-70HRC(1000HV-1100HV)1100HV)58-6358-63耐磨性耐磨性良好良好最好最好良好良

47、好疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度較好較好最好最好良好良好耐蝕性耐蝕性一般一般最好最好較好較好熱處理后變形熱處理后變形較大較大最小最小較小較小第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)第二節(jié)模具表面的化學(xué)熱處理技術(shù)第三節(jié)第三節(jié)模具表面的涂鍍技術(shù)模具表面的涂鍍技術(shù)一、電鍍一、電鍍n 電鍍是指在直流電的作用下，電解液中的電鍍是指在直流電的作用下，電解液中的金屬離子還原沉積在零件的表面而形成一定性金屬離子還原沉積在零件的表面而形成一定性能的金屬鍍層的工藝過程。能的金屬鍍層的工藝過程。n 電鍍的基本工藝流程：電鍍的基本工藝流程：n 磨光磨光 拋光拋光脫脂（去油）脫脂（去油） 水洗水洗 除除銹銹 水洗水洗 電鍍電鍍 酸洗酸洗 堿洗

48、堿洗 清洗清洗 吹干吹干 除氫除氫 入庫。入庫。常用的電鍍方法常用的電鍍方法 鍍硬鉻、硬鎳是模具表面處理技術(shù)中的傳統(tǒng)鍍硬鉻、硬鎳是模具表面處理技術(shù)中的傳統(tǒng)技術(shù)，通過利用電化學(xué)的方法在模具工作面上沉技術(shù)，通過利用電化學(xué)的方法在模具工作面上沉積薄層金屬或合金的一種濕式鍍覆。電鍍操作溫積薄層金屬或合金的一種濕式鍍覆。電鍍操作溫度低，模具發(fā)生變形較小，模具本身的性能幾乎度低，模具發(fā)生變形較小，模具本身的性能幾乎不受影響，鍍層的摩擦系數(shù)低，顯微硬度可達(dá)不受影響，鍍層的摩擦系數(shù)低，顯微硬度可達(dá)800 HV800 HV，可以大大提高模具的耐磨性。但是，鍍，可以大大提高模具的耐磨性。但是，鍍層的孔隙較大，耐腐

49、蝕性能不高，不適用于耐腐層的孔隙較大，耐腐蝕性能不高，不適用于耐腐蝕性要求高的模具。同時(shí)，由于電鍍具有尖端效蝕性要求高的模具。同時(shí)，由于電鍍具有尖端效應(yīng)，對(duì)于多孔、形狀復(fù)雜的模具也不適用。應(yīng)，對(duì)于多孔、形狀復(fù)雜的模具也不適用。 鋼件鍍鉻工藝流程鋼件鍍鉻工藝流程 除蠟除蠟 熱浸除油熱浸除油 電解除油電解除油 弱酸弱酸浸蝕浸蝕 鍍銅鍍銅 鍍鎳鍍鎳 鍍鉻。鍍鉻。 鍍鉻的種類鍍鉻的種類 裝飾性鍍鉻、鍍硬鉻、松孔鍍鉻。裝飾性鍍鉻、鍍硬鉻、松孔鍍鉻。二、電刷鍍二、電刷鍍n 電刷鍍是在導(dǎo)電工件（或模具）表面需要鍍覆的表電刷鍍是在導(dǎo)電工件（或模具）表面需要鍍覆的表面快速沉積金屬層的工藝。面快速沉積金屬層的工藝

50、。n 電刷鍍又稱為選擇電鍍、無槽鍍、涂鍍、筆鍍、擦電刷鍍又稱為選擇電鍍、無槽鍍、涂鍍、筆鍍、擦鍍等。鍍等。 它是電鍍的一種特殊方式，不用鍍槽，只需在不它是電鍍的一種特殊方式，不用鍍槽，只需在不斷供電解液的條件下，用一支鍍筆在工件表面上進(jìn)行擦斷供電解液的條件下，用一支鍍筆在工件表面上進(jìn)行擦拭，即可獲得電鍍層。拭，即可獲得電鍍層。n 刷鍍工藝簡單，沉積速度快，操作方便，鍍層質(zhì)量刷鍍工藝簡單，沉積速度快，操作方便，鍍層質(zhì)量和性能較好。易于現(xiàn)場操作，不受模具大小和形狀的限和性能較好。易于現(xiàn)場操作，不受模具大小和形狀的限制，用在報(bào)廢模具和大模具的修復(fù)上經(jīng)濟(jì)效益明顯。制，用在報(bào)廢模具和大模具的修復(fù)上經(jīng)濟(jì)效

51、益明顯。 電刷鍍的原理電刷鍍的原理電刷鍍的原理示意圖電刷鍍的原理示意圖鍍筆結(jié)構(gòu)圖鍍筆結(jié)構(gòu)圖 不同形狀的陽極不同形狀的陽極 鍍筆鍍筆 鍍筆是電刷鍍的鍍筆是電刷鍍的重要工具，主要由陽極、絕重要工具，主要由陽極、絕緣手柄和散熱裝置組成。緣手柄和散熱裝置組成。 電刷鍍的特點(diǎn)電刷鍍的特點(diǎn)n 1、設(shè)備簡單，攜帶方便，不需要大的鍍槽設(shè)備。、設(shè)備簡單，攜帶方便，不需要大的鍍槽設(shè)備。n 2、工藝簡單，操作方便，凡鍍筆能觸及到的地方均可電、工藝簡單，操作方便，凡鍍筆能觸及到的地方均可電鍍，特別適用于不解體機(jī)件的現(xiàn)場維修和野外搶修。鍍，特別適用于不解體機(jī)件的現(xiàn)場維修和野外搶修。n 3、鍍層種類多，與基體材料的結(jié)合力

52、強(qiáng)，力學(xué)性能好，、鍍層種類多，與基體材料的結(jié)合力強(qiáng)，力學(xué)性能好，能保證滿足各種維修性能的要求。能保證滿足各種維修性能的要求。n 4、沉積速度快，生產(chǎn)效率高。、沉積速度快，生產(chǎn)效率高。n 5、刷鍍液不含氰化物和劇毒藥品，故操作安全，對(duì)環(huán)境、刷鍍液不含氰化物和劇毒藥品，故操作安全，對(duì)環(huán)境污染小。污染小。n 6、但電刷鍍勞動(dòng)強(qiáng)度大，陽極包纏材料消耗大、但電刷鍍勞動(dòng)強(qiáng)度大，陽極包纏材料消耗大。電刷鍍的應(yīng)用電刷鍍的應(yīng)用n 電刷鍍應(yīng)用于熱作模具，可提高模具壽命電刷鍍應(yīng)用于熱作模具，可提高模具壽命5050200200，主要原因是刷鍍層有良好的紅，主要原因是刷鍍層有良好的紅硬性、耐磨性和抗氧化能力。硬性、耐磨

53、性和抗氧化能力。n 材料為材料為3Cr2w8V3Cr2w8V的熱沖模刷鍍處理后表面的熱沖模刷鍍處理后表面硬度達(dá)硬度達(dá)750 HV750 HV，模具壽命提高，模具壽命提高1 13 3倍。倍。n 電刷鍍也可以大幅度提高冷作模具的壽命，電刷鍍也可以大幅度提高冷作模具的壽命，這是因?yàn)樗㈠儗佑懈叩挠捕群土己玫目拐持赃@是因?yàn)樗㈠儗佑懈叩挠捕群土己玫目拐持阅?。如連桿蓋模能。如連桿蓋模3Cr2W8V3Cr2W8V經(jīng)刷鍍處理后提高壽經(jīng)刷鍍處理后提高壽命命54545 5。 三、化學(xué)鍍?nèi)?、化學(xué)鍍n 化學(xué)鍍是利用還原劑把電解質(zhì)溶液中的金屬離化學(xué)鍍是利用還原劑把電解質(zhì)溶液中的金屬離子化學(xué)還原在呈活性催化的工件表面沉

54、積出能與基子化學(xué)還原在呈活性催化的工件表面沉積出能與基體表面牢固結(jié)合的涂鍍層?；瘜W(xué)鍍不需外加電流。體表面牢固結(jié)合的涂鍍層?；瘜W(xué)鍍不需外加電流。因此，化學(xué)鍍沒有電鍍中因?yàn)殡娏Ψ植疾痪斐梢虼?，化學(xué)鍍沒有電鍍中因?yàn)殡娏Ψ植疾痪斐傻纳铄兒头稚⒛芰Σ畹膯栴}。的深鍍和分散能力差的問題。n 化學(xué)鍍對(duì)于形狀復(fù)雜、多孔洞、有棱邊夾角的化學(xué)鍍對(duì)于形狀復(fù)雜、多孔洞、有棱邊夾角的模具的處理最為有效，克服了電鍍的缺點(diǎn)與不足。模具的處理最為有效，克服了電鍍的缺點(diǎn)與不足。n 化學(xué)鍍可在工件表面形成單一金屬層（如鍍化學(xué)鍍可在工件表面形成單一金屬層（如鍍鎳）、合金鍍層（如鎳）、合金鍍層（如Ni-PNi-P化學(xué)鍍）、復(fù)合

55、鍍層和非化學(xué)鍍）、復(fù)合鍍層和非晶態(tài)鍍層等。晶態(tài)鍍層等?；瘜W(xué)鍍的應(yīng)用化學(xué)鍍的應(yīng)用n 在汽車用鑄模、鋁模具上化學(xué)鍍鎳，不僅在汽車用鑄模、鋁模具上化學(xué)鍍鎳，不僅可以提高脫模效果，還可使模具的使用壽命提可以提高脫模效果，還可使模具的使用壽命提高高5050以上以上 ，且零部件的光潔度高。，且零部件的光潔度高。n 如用如用4545鋼加表面鋼加表面Ni-PNi-P化學(xué)鍍代替不銹鋼制化學(xué)鍍代替不銹鋼制作塑料型材擠出模，不但降低模具制造成本，作塑料型材擠出模，不但降低模具制造成本，而且可以提高模具壽命，由于鍍層改善了脫模而且可以提高模具壽命，由于鍍層改善了脫模性能，塑料成形周期縮短，型材表面質(zhì)量顯著性能，塑料成

56、形周期縮短，型材表面質(zhì)量顯著改善。改善。n 在生產(chǎn)應(yīng)用中對(duì)模具表面性能要求是多元的，在生產(chǎn)應(yīng)用中對(duì)模具表面性能要求是多元的，因此單金屬的鍍層往往不能滿足質(zhì)量要求，這些促因此單金屬的鍍層往往不能滿足質(zhì)量要求，這些促使了復(fù)合鍍技術(shù)的發(fā)展。現(xiàn)在復(fù)合鍍技術(shù)的實(shí)施主使了復(fù)合鍍技術(shù)的發(fā)展?，F(xiàn)在復(fù)合鍍技術(shù)的實(shí)施主要借助于電鍍、刷鍍、化學(xué)鍍。要借助于電鍍、刷鍍、化學(xué)鍍。n 復(fù)合鍍后膜層質(zhì)量和性能提高顯著，模具壽命復(fù)合鍍后膜層質(zhì)量和性能提高顯著，模具壽命更長。如在模具表面上復(fù)合電鍍更長。如在模具表面上復(fù)合電鍍NiNiw wP P、NINIFePFeP、CoWPCoWP合金顯著提高了汽車模具的耐磨合金顯著提高了汽

57、車模具的耐磨性和使用壽命。如性和使用壽命。如NiPTFENiPTFE、AlAl2 2O O3 3；鍍層可提高抗；鍍層可提高抗蝕性能；蝕性能；NiNiWCWC、SiCSiC、SiO2SiO2、SiOSiO2 2鍍層可提高耐鍍層可提高耐磨及抗蠕變性能；磨及抗蠕變性能；NiNiMo2Mo2鍍層可提高減磨自潤性鍍層可提高減磨自潤性能；能；NiNiCrCr鍍層可提高高溫強(qiáng)度。鍍層可提高高溫強(qiáng)度。 第四節(jié)第四節(jié)模具表面的氣相沉積技術(shù)模具表面的氣相沉積技術(shù) 氣相沉積技術(shù)氣相沉積技術(shù) 是將含有沉積元素的氣相物質(zhì)是將含有沉積元素的氣相物質(zhì)輸送到工件表面，在工件表面形成功能性或裝飾性的輸送到工件表面，在工件表面形

58、成功能性或裝飾性的金屬、非金屬或化合物涂層的工藝方法。金屬、非金屬或化合物涂層的工藝方法。 氣相沉積在工件表面覆蓋一層厚度為氣相沉積在工件表面覆蓋一層厚度為0.5-10um0.5-10um的的過渡族元素（過渡族元素（Ti,V,Cr,W,NbTi,V,Cr,W,Nb等等) )的碳、氧、氮、硼化的碳、氧、氮、硼化合物或單一的金屬及非金屬涂層。合物或單一的金屬及非金屬涂層。 按沉積的主要屬性可分為化學(xué)氣相沉積（按沉積的主要屬性可分為化學(xué)氣相沉積（CVDCVD）和）和物理氣相沉積（物理氣相沉積（PVDPVD），等離子體被引入化學(xué)氣體沉），等離子體被引入化學(xué)氣體沉積技術(shù)后，便形成等離子化學(xué)氣相沉積（積技

59、術(shù)后，便形成等離子化學(xué)氣相沉積（PCVDPCVD）。）。氣相沉積的特點(diǎn)氣相沉積的特點(diǎn) 1 1、工件表面具有較高的硬度（如、工件表面具有較高的硬度（如TiCTiC的硬的硬度為度為3200-4100HV3200-4100HV，TiNTiN的硬度為的硬度為2450HV 2450HV ），），低的摩擦系數(shù)和自潤滑性；低的摩擦系數(shù)和自潤滑性； 2 2、高的熔點(diǎn)（、高的熔點(diǎn)（ TiCTiC的熔點(diǎn)為的熔點(diǎn)為31603160，TiNTiN的熔點(diǎn)為的熔點(diǎn)為2950 2950 ），高的化學(xué)穩(wěn)定性及抗粘），高的化學(xué)穩(wěn)定性及抗粘結(jié)能力；結(jié)能力； 3 3、高的耐腐蝕能力和抗高溫氧化能力。、高的耐腐蝕能力和抗高溫氧化能力

60、。 一、化學(xué)氣相沉積一、化學(xué)氣相沉積n 化學(xué)氣相沉積是利用氣態(tài)物質(zhì)在一定溫度在工件表面化學(xué)氣相沉積是利用氣態(tài)物質(zhì)在一定溫度在工件表面上進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成固態(tài)物質(zhì)沉積在加熱的固態(tài)基體表上進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成固態(tài)物質(zhì)沉積在加熱的固態(tài)基體表面，形成固體沉積膜的的工藝技術(shù)。面，形成固體沉積膜的的工藝技術(shù)。n 化學(xué)氣相沉積通常稱為化學(xué)氣相沉積通常稱為CVDCVD（Chemical vapor Chemical vapor depositiondeposition的簡稱）。的簡稱）。n CVDCVD技術(shù)是一種熱化學(xué)反應(yīng)過程，是在特定的溫度下，技術(shù)是一種熱化學(xué)反應(yīng)過程，是在特定的溫度下，對(duì)經(jīng)過特別處理的零件（