TD技术--汽车模具表面超硬改性技术
TD覆层处理技术
TD覆层处理技术一．技术简介热扩散法碳化物覆层处理（Thermal Diffusion Carbide Coating Process）,简称TD覆层处理，是一种通过高温扩散作用于工件表面形成一层数微米至数十微米的金属碳化物覆层，其结构如上图所示。
该覆层具有极高的硬度，HV可达3200左右，且与母体材料冶金结合。
实践证明，这种覆层具有极高的耐磨，抗咬合，耐蚀等性能，可提高工件寿命数倍至数十倍，具有极高的使用价值。
二．采用TD覆层处理的主要效益1．大幅度提高工模具或工件的使用寿命，节省生产成本或运行成本。
2．大幅度改善产品外观，提高产品尺寸的均一性，提升产品质量。
3．大幅度节省维修时间和劳动强度，并减少因维修停机所带来的损失。
4．摩擦系数降低，抗咬合性能大幅度提高，无须润滑或减少润滑或无须采用高级润滑产品。
三．与相关技术的比较通过在工件表面形成一层高硬度的耐磨材料是提高工件耐磨，抗咬合，耐蚀等性能，从而提高其使用寿命的有效而又经济的方法，TD覆层处理技术以碳化钒覆层为例，其表面硬度可达HV3200左右，较传统的表面处理方法如渗碳HV~900；渗氮HV~1200；镀硬铬HV~1000；甚至渗硼HV 1200~1800等表面处理的硬度高得多，因此具有远优于这些表面处理方法的耐磨性能。
物理气相沉积（PVD），物理化学气相沉积（PCVD），化学气相沉积（CVD）,TD覆层处理是现代的几种表面超硬化处理方法，其中PVD，PCVD 工艺温度低,变形较小,所形成的氮化钛覆层HV可达2000左右,但由于这两种方法形成的氮化钛涂层与母体材料的结合力较差,实际应用中,容易出现涂层的剥落,在使用条件较为苛刻的场合,如引伸类模具;根本就无法达到满意的使用效果,甚至根本无效果.因此PVD,PCVD往往难以发挥超硬化合物覆层的性能优势.高温CVD法形成的碳化钛覆层与TD覆层处理获得的表面覆层硬度接近,并且高温CVD法和TD覆层处理的覆层与基体都是冶金结合,具有PVD和PCVD无法比拟的膜基结合力,因此是目前最有效的表面超硬化方法.相比而言,CVD覆层的运行成本较高,后续处理也比较麻烦,其应用主要集中在硬质合金工件上.而TD覆层处理由于后续处理比较方便,因此既可以用于钢铁材料,也可以用于硬质合金.此外,TD覆层处理技术在无须褪去原先覆层的情况下,可以进行多次重复处理.四.应用范围TD覆层处理可广泛应用于由于各类磨损所引起的模具与工件或工件与工件之间的拉伤或磨损超差的问题.其中因咬合或粘结而引起的拉伤或拉毛问题,TD覆层处理是目前世界上最好的解决方法之一.因磨损而引起的工件尺寸超差等问题,通过TD覆层处理后,提高使用寿命上十倍是很正常的.所处理工件的材料,含碳量大于%的各类钢铁材料,硬质合金等.一般推荐各类中高合金工模具钢.技术原理及工艺TD覆层处理是热扩散法碳化物覆层处理(Thermal Diffision Carbide Coating Process)的简称，英文简称“TD coating”。
表面硬化处理和表面改性
表面硬化处理和表面改性有时为增强模具的耐磨性和耐蚀性等，需进行各种表面硬化处理和表面镀膜等。
工模具钢经淬火和回火后的硬度虽可高达1000HV，但这一硬度仍有不能满足耐磨要求的情况。
从广义而言，表面镀膜和表面改性也包括在内。
表面组成不变的处理是指利用淬火马氏体转变以及进行机械压缩等方法，而表面组成变化的处理一般是指含碳量的增加和扩散的渗碳处理、含氮量增加的氮化处理等。
此外，扩散处理是指靠各种金属原子扩散来达到一定目的的处理，其中的盐浴浸泡处理是指被称作“TD处理”的表面处理技术[13]。
形成表面镀膜的处理中常见的有热喷涂、电沉积、化学处理、堆焊等。
其中的PVD（物理沉积）和CVD（化学沉积）最为常用。
这些表面硬化处理方法当中，适用于模具处理的还很有限，通常以模具的大小、处理温度及成本来判断是否适用。
下面来看一下实际用于模具的表面处理方法。
一、氮化氮化处理在A1转变温度以下进行。
由于氮化可在回火温度以下进行，不用出现变形，所以适用于多种模具。
氮化方法通常有气体氮化法、盐浴氮化法（Tufftride处理最为常用）、气体软氮化、等离子氮化处理等。
氮化法的种类和特点见表5-2。
应用在模具上的通常是碳氮共渗并称为软氮化的后三种方法。
表5-2氮化法的种类和特点这些表面处理方法所形成的表层都是ε相（Fe2-3N）和γ′相（Fe4N）等的化合物层（厚度为10μm），其下部是氮扩散硬化层（厚度不超过0.2mm）。
氮化层的显微组织如图5-28所示。
图5-28 渗氮层的显微组织这些氮化法被应用于铝挤压模、压铸模及塑料模。
尤其是铝挤压模，通常用热作模具钢加工制成模具后采用盐浴软氮化或气体软氮化处理。
其后在使用中发生磨损时，再反复氮化后继续使用。
表层形成的化合物层硬度极高，虽然耐磨效果好，但比较脆，在反复加热冷却过程中容易发生热龟裂且扩展较快，这是其难点所在。
从最近有关研究结果来看，作为既保持压铸模耐热龟裂性不下降又能提高耐磨性的方法，软氮化受到了推崇。
TD资料
汽车模具制作中表面处理工艺的作用时间：2012-04-27 作者：模具联盟网点击：325 评论：0 字体：T|TTD表面覆层处理技术是熔盐浸镀法、电解法以及粉末法进行表面硬化处理技术的总称（在我国有人称：熔盐镀金属处理）。
其原理是：将工件置于硼砂（或其他）熔盐的混合物中，通过高温热扩散作用，在工件表面形成一层数微米至数十微米的金属碳化物覆层（见图1）。
目前国内外应用最广的是碳化钒（VC）覆层。
由于这些碳化物具有很高的硬度（HV＝2800～3200）和更严密的组织，所以经过TD处理的汽车模具性能大幅提高，具有极高的耐磨性、抗咬合性（拉伤）、耐蚀性。
据资料统计：日本大批量生产的模具，85％以上是经过TD处理的。
但在我国，TD处理技术虽说得到了一定程度的发展，但大多数停留在实验研究阶段和小批量生产阶段，随着日本TOCALO株式会社等公司在我国投资建厂，以及国内汽车覆盖件模具的迅猛发展，TD处理技术开始在我国的一些高档汽车模具制造过程中得到了一定的应用。
2TD处理的工艺TD处理技术的工艺流程为：外观及尺寸检查→打磨、抛光→脱脂及装吊→零件预热→TD覆层处不同表面处理工艺的性能对比处理工艺表面相结构表面厚度（！m）表面硬度（HV）摩檫系数渗氮Fe－N／Fe－NC 10～20 600～1200 0.34～0.36渗碳Fe －C 300 600～850 0.34～0.36 CVD TiN／TiC 5～15 2200～3500 0.27～0.30 PVD TiN／TiC 2～5 2200～3500 0.27～0.30 TD VC 5～15 3000～3200 0.28～0.32理→淬火→回火→清理（洗）→抛光→检验。
图1TD表面覆层处理示意图（1）外观及尺寸检查。
外观检查主要检查工件外观是否有缺陷，是否补焊等。
尺寸检查主要测量加工前零件的相关尺寸，便于装吊。
（2）打磨、抛光。
TD处理所获碳化物同基体具有很强的结合力，表现出很强的抗剥离性，当零件表面具有缺陷时，碳化物层就容易脱落，性能变坏。
TD覆层处理技术及有关注意事项
TD覆层处理技术及有关注意事项一．TD覆层处理技术1．概述TD覆层处理是一种表面超硬化处理技术，其原理是通过热扩散作用于工件表面形成一层数微米至数十微米的碳化钒覆层。
TD覆层处理的主要特点是：1）覆层硬度高，HV可达2800-3200，远高于氮化和镀硬铬，因而具有远高于这些表面处理的耐磨，抗拉伤，耐蚀等性能；2）由于是通过扩散形成的，所以覆层与基体具有冶金结合，覆层与基体的结合力较镀硬铬和PVD或PCVD的镀钛层高得多，这一点对在成型类模具上的应用极其重要；3）TD覆层处理后可以直接进行淬火，这一点特别适合于各类模具钢材；4）TD覆层处理可以重复进行。
大量的实践证明，TD覆层处理是目前解决拉伤问题经济而最有效的方法之一。
目前该类技术在日本、美国，韩国等国都已得到广泛的应用。
国内七十年代即已开始研究该类技术，到目前已有数十家单位对该技术进行过研究，发表文章上百篇，但大多没有经过长时间生产实践的考验。
我公司的技术人员通过十余年的科研和生产实践，已使该技术达到长期稳定生产的要求，并从97年开始就成功应用到汽车、家电、五金、制管、冶金等行业的引伸、弯曲、翻边、辊压成型、冷镦、冲裁，粉末冶金等类模具上，积累了丰富的实践经验。
经我公司TD覆层处理后的模具或更本上解决工件表面拉伤问题，或大幅度提高了模具寿命，或替代进口，取得了极优异的使用效果。
2．TD覆层处理的处理工艺过程为：工件检查（包括外观，裂纹，尺寸，硬度等）——抛光——装吊——预热——TD覆层处理（850-1050℃）——淬火——回火（1-3次）——清理——检验——尺寸调整——抛光——入库。
3．使用TD覆层处理技术的基本理由1) 因解决模具表面拉伤工件问题，既提升模具品质，又提升被加工的产品品质，增强模具和加工的产品的竞争力；2）因工件或模具寿命大幅度提高，大幅减少停机修模或换模次数，提高生产效率，降低生产或运行成本；二．采用TD覆层处理技术的有关注意事项由该工艺的处理过程可以看出，该技术是一种高温处理方法，并有淬火回火的热处理过程。
汽车结构件模具采用TD工艺时应注意的事项
汽车结构件模具采用TD工艺时应注意的事项一、设计和材料选用并非所有的汽车结构件模具都需要TD处理，只有产量大、产品质量要求高、易磨损的汽车结构件、底板件模具才最需要TD。
我们认为汽车结构件模具在采用TD处理时需要注意的主要事项有：1、设计：选择合适的长径比，单块模具的长度最好小于380mm, 厚度大于70mm,孔距、孔边距大于5mm,尽量避免尖角，R需大于0.5mm。
这样才能确保TD过程中的变形控制、热应力和组织应力的消除，从而有效规避和减少工件在TD过程中开裂和变形量过大的风险；2、基体材料的选用：最好选择Cr12MoV、SKD11、KD11S、DC53、D2 、D6、 A2等。
我们通过六年的材料选用跟踪，我们认为如果不采用TD技术，进口材料的使用效果明显优于国产材料。
如果采用TD处理，相同含碳量的国产材料的使用效果与进口材料差别不大。
因为影响TD 层形成，及其质量优劣的主要因素是金属材料的含碳量的高低和分布的均匀性；3、初始热处理工艺；4、制造过程的控制；5、特殊情况下的焊补；6、装配、调整和使用，人、机、料、法、环的匹配。
二、正确认识TD后工件的变形量从理论上讲，并没有不变形的热处理，TD也一样，这也是TD今后攻关的主要课题。
只不过TD在如此高温度下相对其他热处理其变形量应该算最小的。
尽管TD处理也会有变形，但是可以通过工艺试验，最有效的方法是用预留尺寸法来弥补。
事实上TD处理的变形量针对每一种金属材料并没有一个通用的、精确的计算公式。
目前针对国产的金属材料我们摸索出的平均的变形量约为≤0.05‰，如果只针对于同一炉次的材料我们通过工艺试验的方法可以精确地控制在能够满足用户使用的范围之内。
我们认为，只要通过事先的沟通和工艺试验，模具经过TD处理后可以不影响装配和使用。
影响模具TD过程中影响工件变形的因素很多，主要有：1.设计：长径比、型腔结构；2.材料：化学成分、轧制质量、纤维方向（棒材、板材、锻件）等；3.热处理：TD前的热处理工艺和质量，特别是组织应力和热应力的消除情况；4.TD：工件的装夹及TD工艺控制。
模具涂层TD技术
TD技术简介
除了SKD11适合做td之外，CrWMn，Cr12，Cr12MoV，SKD1，SKD11，DC53，DC54都非常适合做td。
一、TD技术原理
TD模具表面超硬化处理技术：采用金属碳化物扩散覆层TD （ThermalDiffusionCoatingProcess）原理，是在一定的处理温度下将工件置于硼砂熔盐及其特种介质中，通过特种熔盐中的金属原子和工件中的碳原子产生化学反应，扩散在工件表面而形成一层几微米至二十余微米的钒、铌、铬、钛、铱、钽等金属碳化层。
二、技术特点
（一）、金属、模具、机械、汽车、钢管、标准件、电子、金属加工等行业；
（二）、与基体冶金结合，表现出最优异的抗剥离性；
（三）、可重复处理；
（四）、不论工件形状如何，都能形成均匀的被覆层，处理过程中模具变形小；
（五）、工件被覆后的表面粗糙度在Ra0.4之内与处理前大致相同，处理后可直接使用。
三、主要技术指标
表面硬度／HV2600～3600HV
基体硬度／HRC58～63HRC
（基体硬度可根据用户对模具（工件）韧性的要求进行可控处理）
光洁度Ra0.2之内与处理前无变化
碳化层厚度／μm6～15μm
四、TD最直接的应用
（一）、所有以磨损失效的冷作模具、标件：冲压、挤压、拉拔、冷镦工艺中的模具，如汽车覆盖件，各类成形、整形、翻边、翻孔、引伸类模具。
（二）、专业领域的使用：标准件、机械部件、石化、钢铁、机械、航空航天、金属加工等行业对一些既要求高耐磨又要求高韧性的特殊零部件。
（三）、部分领域取代硬质合金：
1、硬质合金韧性差；
2、硬质合金加工难度大、成本高、周期长。
模具td处理
模具td处理
模具TD处理是一种常见的表面处理方法，主要用于提高模具的耐磨性和耐腐蚀性。
该处理方法的原理是在模具表面形成一层硬度高、耐磨
性好、抗腐蚀能力强的氮化层，从而延长模具使用寿命，提高生产效率。
模具TD处理的工艺流程主要包括清洗、预热、氮化和冷却四个步骤。
首先需要将模具表面清洗干净，去除表面油污和杂质。
然后进行预热
处理，使模具温度达到氮化温度范围内。
接着进行氮化处理，将模具
放入氮化炉中，在高温下与氨气反应形成氮化层。
最后进行冷却处理，使模具表面温度降至室温以下，完成整个TD处理过程。
与传统的硬化和镀铬等表面处理方法相比，模具TD处理有以下优点：首先是硬度高、耐磨性好。
由于形成了坚硬的氮化层，使得模具表面
不易受到划伤和损坏，并且可以承受较大的摩擦力和压力。
其次是抗
腐蚀能力强。
氮化层具有很好的耐腐蚀性，可以在恶劣环境下使用，
不易生锈和变形。
此外，模具TD处理还可以提高模具表面的光洁度和精度，使得模具制品更加精细和美观。
然而，模具TD处理也存在一些缺点。
首先是成本较高。
相比传统的表面处理方法，模具TD处理需要较高的设备投资和操作成本，因此价格
较贵。
其次是工艺复杂。
整个处理过程需要严格控制温度、气氛、时间等多个因素，操作难度较大。
总之，模具TD处理是一种常见的表面处理方法，在提高模具耐磨性和耐腐蚀性方面有着显著的效果。
尽管存在一些缺点，但仍然被广泛应用于各种领域中，并且随着技术的不断发展和改进，其性能和成本也将逐渐得到优化和提升。
TD热处理
TD处理技术TD处理（Toyota Diffusion Coating Process）技术是由日本丰田中央研究所开发的,是用熔盐浸镀法、电解法及粉末法进行表面强化（硬化）处理技术的总称。
过去的一些文献将TD 处理称为渗金属处理。
实际应用最为广泛的是熔盐浸镀法（或称熔盐浸渍法、盐浴沉积法）在模具表面形成VC、NbC、Cr23C6-Cr7C3等碳化物超硬“涂层”（实为渗层）。
由于这些碳化物具有很高的硬度，所以经TD法处理的模具可获得特别优异的力学性能。
一般来说，采用TD处理与采用CVD（化学气相沉积）、PVD（物理气相沉积）、PCVD（等离子化学气相沉积）等方法进行的表面硬化处理效果相近似，但由于TD法设备简单、操作简便、成本低廉，所以是一种很有发展前途的表面强化处理技术。
TD处理在国外应用已相当普遍，但在国内报道并不多见。
1.设备及盐浴成分TD处理所用设备有普通外热式坩埚盐浴炉和采用将坩埚置入一内热式电极盐浴炉炉膛内的设备，后者不仅增大了设备体积及设备功率，而且这种电极盐浴炉还需配备专用变压器，故这种设备并不多用。
盐浴成分：耐热坩埚中的盐浴，70-90%是硼砂（Na2B4O7），根据涂覆层的组织成分要求，再加入能形成不同碳化物的物质，如：涂覆VC时，加入Fe-V合金粉末或V2O5粉末。
无水硼砂的熔点为740℃，其分解温度高达1573℃，在高温状态非常稳定。
熔融硼砂具有溶解金属氧化物的能力，使工件表面保持洁净，有利于工件表面吸附活性金属原子。
硼砂盐浴中的添加剂是V、Nb、Cr及其Fe合金或氧化物粉末。
目前，工具钢多采用VC涂层。
如需涂覆NbC、Cr—C，则在硼砂中加入Fe-Nb、Fe-Cr合金粉末或Nb2O5、Cr2O3氧化物粉末。
添加剂的数量要适当，既要满足渗入元素的浓度和扩散速度要求，又要使盐浴具有较好的流动性。
如盐浴组成中含有金属氧化物，则需添加Al、Ca、Ti、Fe- Ti、Fe-Al等物质，以提高并保持盐浴的活性，使活性金属原子得以在盐浴中被还原出来。
TD覆层处理技术在汽车零部件模具上的应用用
目录摘要 (2)绪论 (3)1、研究背景和动机 (3)2、研究意义和目的 (3)一、TD覆层技术的起源 (4)二、TD覆层技术的工艺特点 (5)三、几类主要的TD覆层处理方法特点及比较[3] (7)3.1、硼砂盐浴碳化物层法 (7)3.2、中性盐盐浴被覆层碳化物层法 (7)3.3、混合盐浴被覆碳化物层法 (8)3.4、低温氯化物盐浴被覆碳化物层法 (9)四、影响TD表面处理工艺的因素 (10)4.1、基体成分对覆层的影响[4] (10)4.2、盐浴时间对覆层的影响 (11)4.3、盐浴温度对覆层的影响 (12)五、TD处理技术在我厂的应用举例 (13)5.1、TD覆层处理有关注意事项[5] (13)5.1.1、材料要求 (13)5.1.2、焊补问题 (14)5.1.3、设计方面 (14)5.1.4、热处理 (14)5.1.5表面预处理 (14)5.1.6有关TD覆层的硬度与厚度 (15)5.2 、TD覆层处理在我厂应用实例 (15)5.2.1、天籁L42F前立柱 (15)5.2.2、排气歧管支架 (16)参考文献 (18)本文着重针对TD覆层处理技术做了相应介绍，分析TD覆层处理对应的硼砂盐浴碳化物层法、中性盐盐浴被覆层碳化物层法、混合盐浴被覆碳化物层法、低温氯化物盐浴被覆碳化物层法等表面强化机理及特点，对影响汽车模具TD处理的关键工艺因素进行了探讨。
结合我厂情况，举例说明了TD覆层处理在汽车零部件模具方面的实际应用。
关键词：TD覆层处理、熔盐渗金属、碳化物覆层、模具表面处理1、研究背景和动机TD(thermal diffusion)处理技术是一种先进的冷作模具表面改性技术，经表面强化处理后，冷作模具表面力学性能会得到极大的改善，达到延长其使用寿命的目的。
TD处理技术具有设备简单、操作方便、生产成本低，形成的碳化物具有优异的性能，因而备受世界各国重视[1]。
1973年以来，日本TOYOTA、TOCALO以及美国ARVIN等公司开始将TD处理技术应用于实际生产，大大加速了日本和美国模具行业的发展。
TD覆层处理技术
TD覆层处理技术一．技术简介热扩散法碳化物覆层处理（Thermal Diffusion Carbide Coating Process）,简称TD覆层处理，是一种通过高温扩散作用于工件表面形成一层数微米至数十微米的金属碳化物覆层，其结构如上图所示。
该覆层具有极高的硬度，HV可达3200左右，且与母体材料冶金结合。
实践证明，这种覆层具有极高的耐磨，抗咬合，耐蚀等性能，可提高工件寿命数倍至数十倍，具有极高的使用价值。
二．采用TD覆层处理的主要效益1．大幅度提高工模具或工件的使用寿命，节省生产成本或运行成本。
2．大幅度改善产品外观，提高产品尺寸的均一性，提升产品质量。
3．大幅度节省维修时间和劳动强度，并减少因维修停机所带来的损失。
4．摩擦系数降低，抗咬合性能大幅度提高，无须润滑或减少润滑或无须采用高级润滑产品。
三．与相关技术的比较通过在工件表面形成一层高硬度的耐磨材料是提高工件耐磨，抗咬合，耐蚀等性能，从而提高其使用寿命的有效而又经济的方法，TD覆层处理技术以碳化钒覆层为例，其表面硬度可达HV3200左右，较传统的表面处理方法如渗碳HV~900；渗氮HV~1200；镀硬铬HV~1000；甚至渗硼HV 1200~1800等表面处理的硬度高得多，因此具有远优于这些表面处理方法的耐磨性能。
物理气相沉积（PVD），物理化学气相沉积（PCVD），化学气相沉积（CVD）,TD覆层处理是现代的几种表面超硬化处理方法，其中PVD，PCVD 工艺温度低,变形较小,所形成的氮化钛覆层HV可达2000左右,但由于这两种方法形成的氮化钛涂层与母体材料的结合力较差,实际应用中,容易出现涂层的剥落,在使用条件较为苛刻的场合,如引伸类模具;根本就无法达到满意的使用效果,甚至根本无效果.因此PVD,PCVD往往难以发挥超硬化合物覆层的性能优势.高温CVD法形成的碳化钛覆层与TD覆层处理获得的表面覆层硬度接近,并且高温CVD 法和TD覆层处理的覆层与基体都是冶金结合,具有PVD和PCVD无法比拟的膜基结合力,因此是目前最有效的表面超硬化方法.相比而言,CVD覆层的运行成本较高,后续处理也比较麻烦,其应用主要集中在硬质合金工件上.而TD覆层处理由于后续处理比较方便,因此既可以用于钢铁材料,也可以用于硬质合金.此外,TD覆层处理技术在无须褪去原先覆层的情况下,可以进行多次重复处理.四.应用范围TD覆层处理可广泛应用于由于各类磨损所引起的模具与工件或工件与工件之间的拉伤或磨损超差的问题.其中因咬合或粘结而引起的拉伤或拉毛问题,TD覆层处理是目前世界上最好的解决方法之一.因磨损而引起的工件尺寸超差等问题,通过TD覆层处理后,提高使用寿命上十倍是很正常的.所处理工件的材料,含碳量大于0.3%的各类钢铁材料,硬质合金等.一般推荐各类中高合金工模具钢.技术原理及工艺TD覆层处理是热扩散法碳化物覆层处理(Thermal Diffision Carbide Coating Process)的简称，英文简称“TD coating”。
TD处理技术在汽车冲压模具上的应用
２ Ｔ Ｄ处 理 技 术 的 原 理
Ｔ Ｄ处理 一般 经过 扩 散 、 反 应 和析 ｍ ３ 个过 程 ， 碳 化物 覆层 的形成机 理 图 １ ， 主要包 括 以下 几 个
步 骤
ｃ ． 饥 与碳 发 生 的 相对 扩 散 使 覆层 长 大 ， ａ 和Ｉ 】 过程重 复进行 ． 使 组层 不断增 厚 、
作者简 介 ： 闫小瑞（ １ ９ ８ １ －） ， 男， 大专， 主要从事 热处理和金属表
面 处理 工 作
原 子 存覆层 中的扩散 系数 远低 于碳原 子在 奥 氏体
基 体 中的扩 散 系数 ， 因此 Ｔ Ｉ ） 碳化 物 覆层成 长过 程
２ ０ １ ７ 年第 ８ 期
汽车－ １ ＂ 艺－ ｑ材料 Ａ Ｔ ＆ Ｍ ｌ ６ ５
， 火效 原 和 失效 形 式 ， 并 捉 了预 防措 施 。 关键词 ： Ｔ Ｄ处 理 钒碳化物 表 面强 化 冲压 模 具
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｇ１ ５ ６
文 献 标识 码 ： Ｂ
１ Ｔ Ｄ处 理 技 术 简 介
为解决 汽 １ 冲压模 具在 生产 过 程 中 ｆ ｝ Ｊ 现 的 容
持 定 ， Ｊ 『 ｛ 扩散 系数 １ 扩 散物 质浓 度无 关 ， 即存 给 定 条件 下 ， 化 学 热 处 的扩 散层 深 度 ＿ 卜扩 敞 时 Ｉ １ ＝ Ｉ Ｊ 的平 ‘ 卡 ｝ ！ 成 正 比 。实 际生 产 中 ， 处 理 时 问 的 长短
』 Ｉ Ｉ ＿ ｄ为 Ｔ Ｄ褴层 的厚 度 ， ｃ ｎ ； 为 Ｔ Ｄ覆层 增 长 系 数， ｃ ｍ ： ／ ｓ ； ｔ 为 Ｆ Ｄ处理¨ ， １ １ 司． Ｓ 、 化 学 热 处理 中 ， 扩 散物 质 的流 越 足 小 稳定
TD与PVD区别
1、两种表面处理形成覆层的种类1) TD覆层处理可以在工件表面形成硬度很高的一种或多种金属碳化物复合的覆层，其中目前应用较多的是碳化钒(VC)覆层;2) PVD(物理气相沉积),PCVD(物理化学气相沉积)处理技术处可以在工件表面更多的表面强化相，包括金属碳化物、氮化物、氧化物或其复合的化合物;单就表面硬度，由于PVD、PCVD处理技术可以方便地改变覆层的成分，也可以通过改变工艺方法改变表面覆层的组织结构，所以PVD处理法可以形成比TD法更高的表面硬度;但目前PVD、PCVD 法在模具上的应用较多的是氮化钛(TiN)、氮碳化钛(TiCN)、氮铝化钛(TIAlN)、氮化铬(CrN)一类的覆层，其硬度一般低于TD覆层碳化钒的硬度。
2、两种表面处理的处理温度及对基体材料的要求1) TD覆层处理是属于高温处理，温度一般是900℃-1050℃，对于工模具为达到比较好的使用效果，一般处理后需要进行淬火回火过程，所以TD覆层处理技术有变形的问题，控制不好有可能会出现开裂问题。
为减小工件变形和减少开裂倾向，对工件的材质要求比较高，一般需要采用淬火变形量比较小的高合金钢，如常用的高铬合金工模具钢Cr2MoV，SKD11,Dc53，D2等;对于变形要求不太严格的工件对材质品质也可以要求不高，如采用Cr12或冶炼质量比较差的Cr12MoV。
2) PVD、PCVD处理技术处理温度比较低，一般400℃-600℃，对于钢制工件其突出优点是处理后工件变形都很小。
要取得比较好的使用效果PVD处理对母材材质要求很高，一般应用最多的是高速钢或粉末高速钢，或是品质优良的高铬合金工模具钢如Cr12MoV,SKD11,DC53，D2等，要是材质不均匀或成分没有达到标准，PVD、PCVD 覆层处理以后效果难以体现。
3、两种表面处理的处理温度及对前期热处理的要求1) 需要进行TD覆层处理的工件，一般对工件的前期热处理没有要求，只是对于汽车组合模具，考虑各种因素要求高温回火(480℃-520℃)。
TD处理概述
TD处理TD模具表面超硬化处理技术，采用金属碳化物扩散覆层TD（Thermal Diffusion Carbide Coating Process）原理，是在一定的处理温度下将工件至于硼砂熔盐及其特种介质中，通过特种熔盐中的金属原子和工件中的碳、氮原子产生化学反应，扩散在工件表面而形成一层几微米至二十余微米的钒、铌、铬、钛的等金属碳化层。
概述原理TD模具表面超硬化处理技术经研究不断的持续改进，在解决冷作模具磨损失效的应用其技术、品质、成本和响应速度等方面有很大的优势。
技术特点热扩散法碳化物覆层处理（Thermal Diffusion Carbide Coating Process）,简称TD覆层处理，是一种通过高温扩散作用于工件表面形成一层数微米至数十微米的金属碳化物覆层，其结构如上图所示。
该覆层具有极高的硬度，HV可达3200左右，且与母体材料冶金结合。
实践证明，这种覆层具有极高的耐磨，抗咬合，耐蚀等性能，可提高工件寿命数倍至数十倍，具有极高的使用价值。
主要效益1．大幅度提高工模具或工件的使用寿命，节省生产成本或运行成本。
2．大幅度改善产品外观，提高产品尺寸的均一性，提升产品质量。
3．大幅度节省维修时间和劳动强度，并减少因维修停机所带来的损失。
4．摩擦系数降低，抗咬合性能大幅度提高，无须润滑或减少润滑或无须采用高级润滑产品。
技术比较通过在工件表面形成一层高硬度的耐磨材料是提高工件耐磨，抗咬合，耐蚀等性能，从而提高其使用寿命的有效而又经济的方法，TD覆层处理技术以碳化钒覆层为例，其表面硬度可达HV3200左右，较传统的表面处理方法如渗碳HV~900；渗氮HV~1200；镀硬铬HV~1000；甚至渗硼HV 1200~1800等表面处理的硬度高得多，因此具有远优于这些表面处理方法的耐磨性能。
物理气相沉积（PVD），物理化学气相沉积（PCVD），化学气相沉积（CVD）,TD覆层处理是现代的几种表面超硬化处理方法，其中PVD，PCVD 工艺温度低,变形较小,所形成的氮化钛覆层HV可达2000左右,但由于这两种方法形成的氮化钛涂层与母体材料的结合力较差,实际应用中,容易出现涂层的剥落,在使用条件较为苛刻的场合,如引伸类模具;根本就无法达到满意的使用效果,甚至根本无效果.因此PVD,PCVD往往难以发挥超硬化合物覆层的性能优势.高温CVD法形成的碳化钛覆层与TD覆层处理获得的表面覆层硬度接近,并且高温CVD法和TD覆层处理的覆层与基体都是冶金结合,具有PVD和PCVD无法比拟的膜基结合力,因此是目前最有效的表面超硬化方法.相比而言,CVD覆层的运行成本较高,后续处理也比较麻烦,其应用主要集中在硬质合金工件上.而TD覆层处理由于后续处理比较方便,因此既可以用于钢铁材料,也可以用于硬质合金.此外,TD覆层处理技术在无须褪去原先覆层的情况下,可以进行多次重复处理.应用范围TD覆层处理可广泛应用于由于各类磨损所引起的模具与工件或工件与工件之间的拉伤或磨损超差的问题.其中因咬合或粘结而引起的拉伤或拉毛问题,TD覆层处理是目前世界上最好的解决方法之一.因磨损而引起的工件尺寸超差等问题,通过TD覆层处理后,提高使用寿命上十倍是很正常的.所处理工件的材料,含碳量大于0.3%的各类钢铁材料,硬质合金等.一般推荐各类中高合金工模具钢.TD处理的特点随着社会（汽车行业）的发展，人们对各个方面都有更高的要求。
TD处理工艺
TD处理工艺
Cr12MoV，SKD1，SKD11，DC53，DC54都非常适合做TD处理。
一、TD技术原理TD模具表面超硬化处理技术：采用金属碳化物扩散覆层TD (Thermal Diffusion Coating Process)原理，是在一定的处理温度下将工件置于硼砂熔盐及其特种介质中，通过特种熔盐中的金属原子和工件中的碳原子产生化学反应，扩散在工件表面而形成一层几微米至二十余微米的钒、铌、铬、钛、铱、钽等金属碳化层。
二、技术特点
（一）金属、模具、机械、汽车、钢管、标准件、电子、金属加工等行业；（二）与基体冶金结合，表现出最优异的抗剥离性；
（三）可重复处理；
（四）不论工件形状如何，都能形成均匀的被覆层，处理过程中模具变形小；
（五）工件被覆后的表面粗糙度在Ra0.4之内与处理前大致相同，处理后可直接使用。
三、主要技术指标表面硬度/HV 2600～3600HV 基体硬度/HRC 58～63HRC （基体硬度可根据用户对模具(工件)韧性的要求进行可控处理）光洁度Ra0.2之内与处理前无变化碳化层厚度/6μm ～15μm 。
四、TD最直接的应用
（一）、所有以磨损失效的冷作模具、标件：冲压、挤压、拉拔、冷镦工艺中的模具，如汽车覆盖件，各类成形、整形、翻边、翻孔、引伸类模具。
（二）、专业领域的使用：标准件、机械部件、石化、钢铁、机械、航空航天、金属加工等行业对一些既要求高耐磨又要求高韧性的特殊零部件。
（三）、部分领域取代硬质合金: 1、硬质合金韧性差；2、硬质合金加工难度大、成本高、周期长。
（四）、普通的国产模具材料替代进口材料：国产模具材料经TD处理后远远超过进口模具材料用普通热处理方式加工的模具(工件)的使用寿命。
9.第九讲-TD 表面超硬化处理技术
第九节 TD 处理技术简介（表面超硬化处理技术）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熔化至800℃～1200℃，然后加入相应的碳化物形成粉末（如钛、钡、铌、铬），再将钢或硬质合金工件放入坩埚中浸渍保温１～２小时，加入元素将扩散至工件表面并与钢中的碳发生反应形成碳化物层，所得到的碳化物层具有很高的硬度和耐磨性。
TD 处理技术：采用金属碳化物扩散覆层TD（THERMAL Diffusion Carbide Coating Process）原理，是在一定的处理温度下将工件置于硼砂熔盐及其特种介质中，通过特种熔盐中的金属原子和工件中的碳、氮原子产生化学反应，扩散在工件表面而形成一层几微米到二十几微米的钒、铌、铬、钛等的金属碳化层。
一、TD技术指标：TD 处理是将模具或工件置于特种熔盐介质中，在 900℃～1030℃工作环境中，使模具或工件表面形成 5～15 μm VC（碳化钒）皮膜的过程。
主要技术指标如下：◆TD-VC 皮膜维氏硬度 2500 ～ 3600HV ；◆ TD-VC 皮膜厚度 5～15 μm；◆TD-VC 处理后母材硬度 58±3HRC；（例如：SKD11、D2、Cr12MoV）。
◆光洁度 Ra0.2 内与处理前无变化。
二、生产工艺流程：见右图所示三、模具TD-VC处理后的优点：◆耐磨耗性强于超硬合金，摩擦系数降低20%；硬化层与基体牢固冶金结合；◆耐剥离性强于 PVD 、CVD 、镀硬铬；与基体冶金结合好，表现出最优异的抗剥离性；◆高硬度强于超硬合金，硬度高达2500~3600 HV，模具表面硬度大大提高，全面解决磨损、拉毛等现象。
◆可反复处理；从高温状态降到常温时，可以恢复到原常温性能；◆耐腐蚀性强于不锈钢；抗氧化性强；抗有色金属粘着。
◆不论工件形状如何，都能形成均匀的被覆层，处理过程中模具变形较小；◆被覆后的表面粗糙度与处理前大致相同，若母材表面加工光滑，处理后可直接使用；◆同等工况下，使用寿命平均提高十倍以上。
汽车模具表面TD处理研究
“ 涂覆” 层厚度（ ｍ ｍ）
浸渍时间（ ｓ ） 工 艺温 度 （ ｋ ）
２ ０ ９ ． ３ ４ Ｋ Ｊ ／ ｍｏ １ ）
的材料都适应做 Ｔ Ｄ 处理 ， 其中瑞典的Ａ Ｂ ８ ８ 最好 ， Ｔ Ｄ 处
理后它的母材硬度可达到６ ０ Ｈ Ｒ Ｃ 以上 ， 尺寸变化也很有 规律 ， 变化率在百分之 ０ ． ０ １ ５ 之内； 日 本Ｓ Ｋ Ｄ １ １ 、 美国Ｄ ２ 、 德国的２ ３ ７ ９ ， 这类的模具钢材在Ｔ Ｄ 处理后， 母材硬度在 ５ ８ ￣ ３ Ｈ Ｒ Ｃ ， 尺寸变化也有规律 ， 变化率在百分之 ０ ． Ｏ ２ 左 右 。国内的Ｃ ｒ １ ２ Ｍ ｏ Ｖ 在Ｔ Ｄ 处理后母材硬度和尺寸 的 变化稳定性较差 ， 主要原因是材料的质量不稳定 引起 的。Ｃ ｒ ｌ ２ Ｍ ｏ ｌ Ｖ １ 在Ｔ Ｄ处理后 ， 母 材硬度和 尺寸变化
工艺在 ９ ０ ０ ｏ Ｃ 以上 。所 以这类 的钢材不适合做 Ｔ Ｄ 。
应对措施 ： 正确选择适合 Ｔ Ｄ 处理的优质模具钢。
（ ２ ） 在Ｔ Ｄ处理前 ， 模具有焊接的 ， 通过 Ｔ Ｄ处理后 会 出现焊接部位不成膜或有焊接裂纹的产生 。问题的
（ ３ ） 高速钢不适合做 Ｔ Ｄ处理 ， 高速钢 Ｔ Ｄ处理是
具材料 ， 最好选择国内的Ｃ ｒ ｌ ２ Ｍ ｏ ｌ Ｖ １ ， 其次是 Ｃ ｒ ｌ ２ Ｍ ｏ Ｖ 。 计的“ 涂覆” 层厚度要求 ， 时间便可确定（ 见表 １ ） 。
４ ． １ ． ２ 不 适合 做 Ｔ Ｄ处理 的材 料
（ １ ） Ｃ ｒ ｌ ２ 这种牌号 的钢材不适 合做 Ｔ Ｄ， 在Ｔ Ｄ处 理后 ， 它有 几个技术指标达不到 Ｔ Ｄ的要求 ： ①母材硬 度不够 ， 一般在４ ５ Ｈ Ｒ Ｃ 左右 ； ②尺寸要求达不到 ， 因为
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•TD技术简介
•10
十、主要技术指标
工业应用：国内数十家用户信息填制的《用户信息反馈表》 相同工况下平均提高10倍以上。
•TD技术简介
•12
十二、耐磨试验－－磨痕对比
•VC的TD涂层耐磨性比Cr12MoV基体提高44.9倍
•TD技术简介
•13
十三、耐磨试验－－磨痕OM形貌
•未经TD处理
•TD技术简介
•TD处理后
•14
十四、试样磨痕宽度及最大磨损深度参数
五、镶块模具采用TD工艺时应注意的事项
粉末渗硼
变形小，生产周期短，可以 加工大的工件，成本低。 生产周期短，成本低。
成本低。
钨钴类硬质合金
基体的一致性好。
劣势
涂层薄，硬化层不均匀，绕镀性不 好，易剥离，只能加工小件。
涂层薄，硬化层不均匀，绕镀性不 好，易剥离，只能加工小件，生产 过程不环保。
硬度不高，不耐磨，易剥离。
硬度不高、不耐磨、不环保。 硬度不高，不耐磨，硬化层不均匀
•TD技术简介
•4
四、TD还有哪些功效？
耐磨 优于硬质合金 耐腐蚀 优于镀铬或者不锈钢材料 超导 等同或接近于超导材料
•TD技术简介
•5
五、拨开TD神秘的面纱
TD是一种化学热处理，化学是一名精确的科学。TD的工艺过 程其实就是一个氧化还原反应的一个过程。任何东西掌握了就不 再神秘。 以单渗钒为例： 铝、镁还原金属氧化物，获得活性金属原子 10Al＋3V2O5==5 Al 2 O3＋6[V] 以上反应获得活性钒原子[V]，实现渗钒。
消声器
各类电机
座椅
各类铰链
滤清器
散热器
各种冲压、挤压、粉末冶金
……
•TD技术简介
•21
二十、主要工艺参数和性能
表面成分 处理温度 硬化层厚度 可否反复处理
VC VNbC等 850～1050/°C
6～15/μm 可以
热处理方式 核心工序时间 与热处理工序关系 后加工必要性
盐浴 12～16/h
同时 不必要
•TD技术简介
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十七、TD最直接的应用
（一）、所有以磨损失效的冷作模具、标件：冲压、挤压、拉拔、冷镦 工艺中的模具，如汽车覆盖件，各类成形、整形、翻边、翻孔、引伸 类模具。
（二）、专业领域的使用： 标准件、机械部件、石化、钢铁、机械、航 空航天、金属加工等行业对一些既要求高耐磨又要求高韧性的特殊零 部件。
•TD技术简介
•2
二、全世界拥有TD技术 知识产权的国家和数量
截止2007年9月
洲际 美洲 亚洲
欧洲
合计
国家或地区 美国 日本
韩国 中国
乌克兰 法国 德国 意大利 英国 瑞典
数量 2家 3家 2家 1家 1家 2家 2家 1家 1家 1家 16家
•TD技术简介
•3
三、TD有什么用？
能让磨损失效的金属工件在同等工况下使用寿命平均提高 10倍。
•TD技术简介
•32
四、在汽车模具强制采用TD的建议
当下列条件同时出现时我们建议强制性使用TD技术
：
拉深、成型、整形、翻边、翻孔等磨损失效的冷作模具； 被加工材料的屈服强度大于400MPa ； 被加工材料厚度大于1.4mm； 单一产量大于10万件； 产品外观要求严格。
•TD技术简介
•33
•TD技术简介
•15
十五、适合材料
国产
日本
进口
美国 德国 英国 韩国
•TD技术简介
CrWMn Cr12 Cr12MoV等 SKD-11 DC-53 DC-54 D2 D6 A2
X120Cr12 X165CrMoV12 BD2 BD2A STD11
•16
十六、选择TD的理由
• （一）、成本理由
•
直接成本 工件的使用寿命大大提高，降 (淬火、回火)
1118.7
Cr12MoV （TD-VC涂层）
891.5
磨痕宽度 最大磨痕深度 磨痕横截面面积*
（mm） （mm）
(×105mm2)
2530 16.55811 166.56
2420 0.57383
3.64
•测试结论 •VC涂层比Cr12MoV钢的耐磨性提高了44.9倍。
工件名称
整形、成型模具 冲头
车轮滚型 冷拔钢管 机械部件
滚丝轮 钢管轧辊 焊管成形辊
材料
Cr12MoV DC53
Cr12MoV Cr12
Cr12MoV DC53
Cr12MoV Cr12MoV
被加工材料 低碳钢板 不锈钢 低碳钢板 低碳钢板
低碳钢板 低碳钢板 不锈钢板
使用效果
提高5～40倍以上 提高4～20倍以上 提高3～30倍以上 提高3～10倍以上 提高5～15倍以上 提高3～15倍以上 提高5～20倍以上
表面硬度
基体硬度 光洁度 碳化层厚度/
2600～3600HV （大约相当于硬质合金的1倍）
58～62HRC （基体硬度可根据用户对模具(工件)韧性的要
求进行可控处理）
Ra0.4之内与处理前无变化
6～15μm
•TD技术简介
•11
十一、耐磨性的提高效果
实验室：国家重点实验室（西南交通大学摩擦研究所） 相同试验条件下平均提高44.9倍；
•
间接成本 经TD处理后的模具加工的产品废次品率大幅降低,且不用经常
拆装、维修模具，劳动效率大幅提高。
•
用作机械部件、标准件其使用寿命大幅延长，提高了设备的利用率。
• （二）、技术及工艺理由
•
用作机械部件能保证其耐磨或能保证所加工的产品精度高。
•
用在冷成型模具上可彻底解决其磨损、拉毛等现象，产品 外观好（无划
TD技术--汽车模具表面 超硬改性技术
2020年5月25日星期一
一、TD技术原理
TD金属材料表面超硬改性技术 ：采用金属碳化物扩散覆层TD (Thermal Diffusion Coating Process)原理，是在一定的处理温度下 将工件置于以硼砂熔盐为载体的特种介质中，通过特种熔盐介质中的金 属原子和工件中的碳原子产生化学反应，扩散在工件表面而形成一层几 微米至二十余微米的钒、铌、铬、钛、铱、钽等金属碳化层。
•TD技术简介
•29
一、TD给社会带来的进步（续）
2、社会效益
（1）、大大节约了宝贵的不可再生资源－－金属材 料；
（2）、普通的合金工具钢在很多领域可代替硬质合 金，且使用性能更优，极大弥补了国内资源的不足；
（3）、节能――立竿见影地实现了节约型社会：使用 寿命平均提高10倍以上，可减少10次常规热处理，能 耗自然能降低10倍以上；
伤）、公差小。
•TD技术简介
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十六、选择TD的理由（续）
（三）、环保理由
部分金属冷成型工艺中可完全省去原用的磷化、皂化工序，生产过程 更环保、更安全。
（四）、营销及企业核心竞争力理由
综合成本低（价廉）、产品质量高（外观好、精度高）、供货及时(不 用经常维修设备或拆装模具，产量能得到基本保证）是提高企业核心竞 争力的最原始也是最根本的、最高级的利器。
（4）、环保：生产过程零排放。本技术采用硼砂熔 盐作为载体，硼砂本身无毒无味，其熔点约为780℃， 分解温度约为1530℃。
（5）、 产品及企业核心竞争力能得到大幅提高。
•TD技术简介
•30
二、汽车镶块模具TD处理中的注意事项
模具设计 模具材料的选用 模具的制造 TD前热处理方式 TD前尺寸预留 包装、储存、运输及人工作业安全 装配及调试 特殊情况下的焊补 模具的使用
强化方法
TD
QPQ(氮化) 渗硼(粉末)
CVD
PVD
硬质合金
表面成分 VCV NbC Fe2N-Fe3 FeB Fe2B TiN TiC
TiN TiC 钨、钴类
热处理方式
盐浴
气体 盐浴 气体 粉末 气体法
气体法
硬化层厚度/um 6～15
10～20
50～500
5～15
2～5
通身一样
表面硬度/HV 2600～3600 700～1100 1200～1800 2000~3100 2000~3200 1500~1800
•TD技术简介
•7
七、TD的标准工艺及业务流程
工件受入检查 抛光 装夹 预热
回火
清洗 TD核心工艺
清洗 抛光 检测 公差调整
交付 包装 出具检测报告
•TD技术简介
•8
八、TD在国内外应用对比
国外工业发达国家的应用超过75% 国内应用不到百万分之一
•TD技术简介
•9
九、技术特点
1、模具表面硬度大大提高，全面解决冷作模具磨损、拉毛等面疲劳失
（三）、部分领域取代硬质合金:
1、硬质合金韧性差； 2、硬质合金加工难度大、成本高、周期长。
•TD技术简介
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十八、TD在汽车车身及其底盘件的应 用
横梁
纵梁
天窗
翼子板
车门
天窗
A、B柱 车身
油底壳 侧门防撞梁
底盘连接件 … …
•TD技术简介
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•十九、TD在汽车零部件的应用
车轮
减震器
离合器
制动器
。工作环境恶劣。 韧性低，硬度不高，不耐磨，加工
成本高。
•TD技术简介
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第三单元 TD应用导航