模具表面强化技术一

• 一、渗碳、渗氮、渗硫、渗硼
• 1.渗碳Biblioteka • （1）什么是渗碳？• 在渗碳介质中加热，使钢的表层渗入碳的热处 理过程称为渗碳。一般情况下，渗碳在AC3 以 上(850~950°C)进行。渗碳方法是最古老、应 用最广泛的一种化学热处理工艺方法。
• （2）渗碳的作用：
• 它提 高了模具表面层的碳浓度，使硬度、接触 疲劳强度、耐磨性较心部有较大的提高，而心 部仍 具有一定的强度和良好的韧性。
• 渗铌工艺可用于冲模、弯曲模、成形模、拔管模、热 锻模和粉末冶金成形模等模具，可以使模具的寿命提 高几倍至几十倍。
• 3．盐浴渗铬
• 渗铬具有优良的耐磨性、抗高温氧化和耐磨损 性能，适用于碳钢、合金钢和镍基或钴基合金 工件。
• 处理工序为把工件浸入盐浴中，取出直接淬火、 回火后，再清理表面。
• 中、高碳钢或合金钢渗铬后，表层硬度分别提 高到1300～1600HV或1700～1800HV，耐磨性、 尤其是抗磨粒磨损性能优良。
浴法、粉末法和气体法。其中以硼砂为基的盐浴渗钒、 渗铌和渗铬并形成碳化物的方法又称为反应浸镀法 (TD法)。
• TD法是在熔融的硼砂中加入欲渗的元素或其合金的 粉粒，然后将零件浸入其中，靠欲渗 元素原子向零
件表面扩散并与零件基体的碳原子形成金属的碳化物 覆层来改善零件表层性能 的工艺方 法。
• TD法具有以下优点:设备简单，工艺简便易行，无公 害;被覆层均匀、致密而平整，与 母材结合良好，不 易剥落;涂覆材料和基体材料广;价格低廉。
• 渗硼方法有固体渗硼、被体渗硼、气体渗硼等。 以固体法和液体浴法应用最多。
• 工件渗硼后一般应进行热处理(淬火和回火)。
• 渗硼适用于各种成分的钢，它在多种冷、热作 模具(如冷挤压模、拉丝模、冲裁模、冷 锻模、 热挤模、热锻模、压铸模等)上应用，效果非常 显著。
• 二、多元共渗
• 将工件表层渗入多于一种元素的化学热处理工艺称 为多元共渗。在模具上应用的多元共 渗主要有:碳氮 共渗、氮碳共渗、硫氮共渗、硼氮共渗、硫氮碳共渗 等。
在较高的温度下使油膜耐压性增大。更可贵的 是在干摩擦的条件下有较小的摩擦系数，减 少
磨损、咬卡、擦伤和拉毛，对抗咬合磨损和点 蚀磨损特别有效。
• 具有工业应用价值的渗硫方法有低温电解渗硫、 离子渗硫、气体渗硫等。
• 4．渗硼
• 渗硼是模具制造中比较有效的一种化学热处理 工艺。在钢的表面渗硼会形成由硼化物组成的 渗硼层，渗硼层具有硬度高、耐磨性高、耐热 性高、红硬性高和耐蚀性高的优异特性。
铌的目的分别是什么？
• 1.碳氮共渗
• 碳氮共渗是向工件表层同时掺入碳和氮，并以渗碳为 主的化学热处理工艺。因兼顾了渗碳和渗氮的优点， 所以在模具上也有应用。碳氮共渗方法有气体法和液 体法，生产上大多应 用的是气体碳氮共渗。
• 碳氮共渗适用于基体具有良好韧性，而表面硬度高、 耐磨性好的模具零件。塑料模、陶 瓷模中的凸模、 凹模和型芯等型腔部位零件以及冲裁模中的凸模和凹 模等零件，有些就适合 采用碳氮共渗处理。
• 高碳钢或中、高碳合金钢冷、热作模具的渗铬 应用亦广，冷、热作模具渗铬后使用寿命能大 幅度提高。
课堂小结
• １、模具表面强化处理的目的和方法 • 2、表面化学热处理及其常用方法 • 3、常用化学热处理方法的目的、作用、方法及其
在模具生产中的应用。
作业
• １、模具表面强化处理的目的是什么？ • 2、在TD处理法中，盐浴渗钒和盐浴渗
• 2.盐浴渗铌
• 盐浴渗铌是在模具表面处理后，在模具表面被覆以硬 度为 2100~3500HV的渗铌层，以提高模具的抗磨损、 抗咬合、耐氧化和抗热疲劳等性能，它比渗 硼和气相
沉积碳化铁有更好的性能。
• 渗铌时先将无水硼砂熔化，然后加入干燥的铌粉，在 900~1000°C下加入铝粉后，即可将 模具放入盐浴内 进行渗铌。然后取出直接淬火、回火，最后清理表面。
• 4．硼氮共渗
• 渗硼层具有高硬度和高耐磨性，但性脆、易 剥落，而氮的渗入可增加渗层深度，降低渗层 脆性，强化了过渡层，提高了对表面渗硼层的 支撑作用，从而可避免渗硼层的剥落。
• 用3Cr2W8V钢制造的热挤压凸模，常规处理后 只生产0．1～0．2万件；经氮碳共渗后只生产 0．2万件；渗硼后寿命提高到0．3～0．4万件； 而采用硼氮共渗后寿命提高到0．7～1万件， 最高可达4．15万件。
• 5.硫氮碳共渗
• 硫氮碳共渗可在盐浴、气体介质、粉末渗剂中 实现，气体法最常用。
• 硫氮碳共渗具有优良的减摩性能、抗咬合性能、 抗疲劳和较好的耐蚀性，因此适应范围 相当广 泛。
• 三、盐浴渗钒、渗铌和渗铬
• 钢渗钒、铌、钛、钽等可获得碳化物型渗层。这类 渗层的硬度和耐磨性极高〈硬度可达 1800~3200HV) . 工艺简便易行，不需复杂的设备，已进入工业应用阶 段。形成金属碳化物 型渗层有三种方法，即硼砂盐
• 3.硫氮共渗
• 渗氮后渗硫能获得耐磨、抗疲劳与减摩等性能， 但需先后采用两种工艺。为简化工序，采 用 硫氮共渗。
• 硫氮共渗有气体法、无氧盐浴法，常用气体硫 氮共渗。
• 用碳钢、合金钢制造的模具，经硫氮共渗处理 后，渗层组成为FeS、Fe2-3N、Fe4N等；渗层 厚度为硫化物<0．01mm，氮化物0．01～ 0．03mm；表面硬度300～1200HV。提高了模 具的抗咬合能力、耐磨性、疲劳强度，但渗层 抗蚀性差。
• 1.盐浴渗钒
• 盐浴渗钒是在中、高碳钢或合金钢表面，被覆 硬度为2800~ 3200HV的钒碳化物层，以 提高模 具的耐磨性和抗粘着性能。
• 模具渗钒温度为850~1200°C，渗钒时间为 2~6h，模具渗钒后可进行空冷、油冷或水 冷。
• 盐浴渗钒可以用于冲裁模、弯曲模、挤压模、 切边模、冷镦模、制管模和粉末冶金模等 各种 冷作模具，使用寿命与渗氮处理的模具相比， 可提高几倍至几十倍。
• 渗氮的目的是提高工件表面硬 度、耐磨性、疲劳强度及抗咬 合性，提高零件抗大气、过热蒸汽的腐蚀能力，提高抗回火 软 化能力，降低缺口敏感性。
• 渗氮方法有主要有气体渗氮和离子渗氮。 气体渗氮广泛应用 于模具制造中 ，但由于气体渗氮处 理时间长、渗层浅、渗层 脆性较大，且只适合于合金渗氮钢。因此气体渗氮现已逐渐 由离子渗氮、氮碳共渗、真空渗氮、电解催渗渗氮等取代 。 离子渗氮广泛用于处理热锻模、冷挤压模、压铸模、冷冲模 等。
• 2.氮碳共渗(软氮化)
• 氮碳共渗是向钢件表面同时渗入氮和碳，并以 渗氮为主的化学热处理工艺。其处理结果 与 气体渗氮相比，渗层硬度较低，脆性较小，故 称软氮化。
• 氮碳共渗方法有液体法和气体法， 生产中应 用的大多是气体氮碳共渗。
• 氮碳共渗主要应用于热态下工作的压铸模、塑 料模、热挤模，锤锻模等。也常用于某 些冷 作模具，但都取得较小的效果。
• 模具在渗氮前一般进行调质处理，为了不影响模具的性能， 渗氮温度不得高于调质处理 的回火温度，一般采用 500~570°C。
• 3.渗硫
• 己硬化的钢铁工件渗硫，表面可形成厚度为 5~15µm的FeS+FeSz化学转化膜，渗层很 薄， 渗层硬度并不高，为70HV以下，因此无助于 抗磨粒磨损。但是，它有较大减磨作用，这 是 由于渗层中的FeS呈鳞片状。多孔并易滑移。 它的减摩作用不仅在有滑移条件下有效，并 能
第五章 模具表面强化技术
• 模具在使用过程中承受着各种形式的复杂应力。其表面更是 处于较大的应力 状态下，服役条件更为恶劣，模具的失效 和破坏，往往发生在表面或由表面开始。模具表面 性能的 优劣将直接影响模具的使用及寿命。
• 模具表面强化处理的目的主要是赋于基体表面所不具备的 性能，或者是进一步提高其所 固有的性能。这些性能主要 是表面的耐磨性、抗咬合性、抗冲击性、抗热粘附性、抗冷 热疲 劳性及抗腐蚀性等。 几乎所有的表面处理及表面强化 处理方法均在模具表面处理上得到应用。目前已开发的适合 模具表面强化的主要方法见表5-1。
• （3）渗碳的方法：
• 根据渗碳介质的物理状态，渗碳方法可分为固 体渗碳、液体渗碳、气体渗碳、真空渗碳 和离 子渗碳。
• （4）渗碳在模具生产中的应用
• 渗碳主要用于要求承受很大冲击载荷、高的强 度和好的抗脆裂性能。使用硬度为58~ 62HRC 的小型模具。
• 2、渗氮
• 渗氮是向钢的表面渗氮以提高表层氮浓度的热处理过程。
第一节 表面化学热处理技术
• 化学热处理是指将金属或合金工件置于一定 的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入 它的表层，以改变其化学成分、组织和性能 的热处理工艺。化学热处理的种类很多，一 般都 以渗入的元素来命名，常用的化学热处 理方法有:渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硫、碳 氮共渗、 渗硼、硼氮共渗、渗铝、渗铬、渗 硅、渗锌、盐浴渗金属，等等。