模具表面强化新兴工艺介绍

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目前，我国模具的寿命还不高，模具消耗量很大，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表面强化工艺，本文着重介绍其中的三大工艺。

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。处理前必经去退火和消除残余。

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3～4μm，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。