模具表面强化技术的介绍
第六章 模具表面强化技术
6.1表面热处理技术 表面热处理技术
6.1.1渗碳 渗碳 6.1.1.1渗碳的基本原理 渗碳的基本原理 为了增加钢件表层的含碳量和一定碳浓度梯度， 为了增加钢件表层的含碳量和一定碳浓度梯度，将钢件 在渗碳介质中加热并保温使碳原子深入表层的化学热处理工 艺称为渗碳。 艺称为渗碳。 渗碳是将钢件加热到奥氏体状态，进行渗碳及扩散， 渗碳是将钢件加热到奥氏体状态，进行渗碳及扩散，其 后经淬火+低温回火得到具有高硬度和高耐磨性的表面渗碳层 后经淬火 低温回火得到具有高硬度和高耐磨性的表面渗碳层 和高的强韧性的心部组织。 和高的强韧性的心部组织。 生产上所采用的渗碳温度一般在900～950℃间进行，渗 生产上所采用的渗碳温度一般在 ～ ℃间进行， 碳深度一般在0.5～ 范围内。 碳深度一般在 ～2.5mm范围内。 范围内 渗碳层中碳质量分数为0.85～1.10%时最好，渗碳层硬 时最好， 渗碳层中碳质量分数为 ～ 时最好 度不低于56HRC。 度不低于 。 渗碳剂有固体、液体和气体三种。 渗碳剂有固体、液体和气体三种。 近年来，新发展了真空渗碳、 近年来，新发展了真空渗碳、离子渗碳和碳氮共渗等工 可以达到常规渗碳难以达到的质量效果，而且周期短、 艺，可以达到常规渗碳难以达到的质量效果，而且周期短、 能耗低、无污染。 能耗低、无污染。 化学工业出版社
化学工业出版社
6.1表面热处理技术 表面热处理技术
6.1.5多元共渗 多元共渗 6.1.5.1碳氮共渗 碳氮共渗 6.Байду номын сангаас.5.2氮碳共渗 氮碳共渗 6.1.5.3硼砂盐浴铬钒共渗 硼砂盐浴铬钒共渗 6.1.5.4铬铝共渗 铬铝共渗
化学工业出版社
6.2涂镀技术 涂镀技术
6.2.1电镀 电镀 利用电解的方法从一定的电解质溶液中， 利用电解的方法从一定的电解质溶液中，在经过处理的 基体金属表面沉积各种所需性能或尺寸的连续、 基体金属表面沉积各种所需性能或尺寸的连续、均匀而附着 沉积的一种电化学过程的总称。 沉积的一种电化学过程的总称。 电镀可以镀各种金属镀层。 电镀可以镀各种金属镀层。 在进行电镀时，将被镀 在进行电镀时， 的工件与直流电源的负极相 要镀覆的金属（镀铬除外） 连，要镀覆的金属（镀铬除外） 与直流电源的正极相连， 与直流电源的正极相连，并放 在渡槽中。 在渡槽中。当电源与渡槽接通 时，在阴极上析出欲镀的金属 层。
模具型腔中表面强化技术的应用分析
模具型腔中表面强化技术的应用分析摘要：随着科学技术的飞速发展和人们生活水平的不断提高，当前人们逐渐对模具制造行业的发展重视起来。
众所周知，模具型腔制作是我们在进行模具制作过程中的重点施工环节，而模具型腔表面强化就是其中的重中之重。
机械相关零件粗加工和机械相关零件细加工中的主要程序都是由模具成型来完成的。
对模具型腔表面强化技术进行科学合理研究，可以在一定程度上提高模具使用寿命。
关键词：模具型腔；表面强化技术；应用分析和探讨广义来讲，当前最为常用的模具使用类型包括塑性变形失效模具、磨损失效模具、疲劳失效模具和冷热疲劳失效模具以及断裂失效模具五种。
为了有效防止模具失效，我们应该对模具型腔表面进行强化，其中强化分为主要包括硬度强化、耐磨强化和耐腐蚀强化以及抗疲劳抗高温氧化强化措施等。
所以应在对模具材料进行正确全面选取之外还应该对模具型腔表面实施适当强化操作以保证模具制作效率。
本文从有关模具型腔表面强化方法和强化特点以及强化目的等方面进行分层阐述，并对模具型腔表面强化机理等作出解释。
1.模具型腔中表面工况概述根据对当前各种模具工况的研究与分析可以看出，其工作条件存在这很大不同，并且此时失效形式也是各不相同。
需要注意的是，在同一副模具上其损伤形式多种多样，此种损伤形式大多数情况是以交叉损伤形式产生的，并且其之间关系是相互联系且相互影响的，此时加速磨具会过早失效。
热作模具制作是当前我国模具生产中的重点生产环节，因为热作模具会受到负荷影响并会使其中的金属材料产生塑性变形状况，另外一种可能的情况就是会使温度较高的液体金属压铸得以成形且相对炽热非金属注射也会成型。
金属材料发生一定塑性变形时会对整体模具生产造成影响，一般来讲，固体金属材料塑性变形模具主要包括热锻模和热镦模以及相关热挤压模等。
模腔被破坏变形的主要原因是有模具生产中的实际生产环境所造成的，其同时也是相应成型部分可逆变形和成型部分磨损以及成型部分产生裂纹等。
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。
模具表面强化技术综述
1.2.2 工艺性能
4. 焊接修复性 在型腔加工中，有时难免要补焊。因此模具钢必须有很好地焊 接性能。 钢铁材料的焊接性随其碳和合金元素含量的提高而变差，因此 钢比铸铁易于焊接，且低碳钢焊接性能最好、中碳钢次之、高碳钢 最差。铝合金、铜合金的焊接性能一般不太好，应采用一些高级的 焊接方法（如氩弧焊）或特殊措施进行焊接。
1.1.2 模具材料分类
模具材料的品种繁多、分类方法也不尽相同。由于模具钢是制造模具 的主要材料，所以我们可将材料分类如下：
根据模具的工作条件不同，一般把模具钢分为三类: 1.冷作模具钢 2.热作模具钢 3.塑料模具钢
1.1.3 选择模具材料的一般原则
研究和制造有竞争性的优质产品，最重要的要求之一就是选择产品中 不同零件所用的各种材料和与之相宜的加工方法的最佳组合。由于所能采 用的材料和加工方法很多，因而材料的选用常常是一个复杂而困难的判断 、优化过程。毫无疑问，所选材料应满足产品（零件）使用的需要，经久 耐用，易于加工，经济效益高。
1.3.1 工艺分类
1.3 热处理
模具钢热处理一般包括3个部分：普通热处理、表面热处理、形变热处理。普
通热处理包括退火、正火、淬火、回火。退火和正火我们俗称为预先热处理，淬 火和回火我们称为最终热处理。 退火：将钢加热到一定温度保温一段时间，再缓慢冷却。 正火：将钢加热至Ar3或Accm以上30~50℃，在空气中冷却。 淬火：将钢加热至奥氏体化，再快速冷却（大于临界冷却速度）使其进行马 氏体转变。 回火：将钢加热到＜A1点的某一温度保温一段时间，再冷却。
选材一般应遵循四个基本原则： 1、满足使用性能要求； 2、工艺性能良好； 3、材料来源方便； 4、经济性合理。
在大多数情况下，使用性能是选材的首要原则与依据，然后再综合 考虑工艺性能和经济性能，得出优化结果。
模具表面强化处理技术
模具表面强化处理技术模具是作为制造业的重要工艺装备，它的使用性能，特别是使用寿命反映了一个国家的工业水平，并直接影响到产品的更新换代和在国际市场上的竞争能力。
因此，各国都非常重视模具工业的发展和模具寿命的提高工作。
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新的表面强化工艺，本文着重四个方面介绍，供同行参考。
一、低温化学热处理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，可重新投入使用，从而可大大地提高模具的总使用寿命。
第十章-模具表面强化技术
*
表面化学热处理技术
二、渗氮(氮化)
(一)气体渗氮
表2 部分模具钢的气体渗氮工艺规范
牌号
处理 方法
渗氮工艺规范
渗氮层 深度/mm
表面硬度
阶段
渗氮温度/℃
时间/h
氨分解率/%
30CrMnSiA
一段
—
500±5
25～30
20～30
0.2～0.3
(一)气体渗氮
(1) 经过渗氮后钢表面形成一层极硬的合金氮化物，渗氮层的硬度一般可达到68～72HRC，不需要再经过淬火便具有很高的表面硬度和耐磨层，而且还可以保持到600～650℃而不明显下降。
(2) 渗氮后钢的疲劳极限可提高15%～35%。这是由于渗氮层的体积增大，使工件表面产生了残余压应力。
(3) 渗氮后的钢具有很高的抗腐蚀能力。
>58HRC
Cr12MoV
760～800HV
*
表面化学热处理技术
二、渗氮(氮化)
(二)离子渗氮
离子渗氮有如下特点：
(1) 渗氮速度快，生产周期短。
(2) 渗氮层质量高。
(3) 工件的变形小。
(4) 对材料的适应性强。
氮碳共渗
提高硬度、耐磨性、抗粘附性、抗蚀性、耐热疲劳性
冷挤模、拉深模、挤压模穿孔针
渗硼
具有极好的表面硬度、耐磨性、抗粘附性、抗氧化性、热硬性、良好的抗蚀性
挤压模、拉深模
碳氮硼三元共渗
提高硬度、强度、耐磨性、耐疲劳性、抗蚀性
挤压模、冲头针尖
盐浴覆层 (TD处理)
提高硬度、耐磨性、耐热疲劳性、抗蚀性、抗粘附性、抗氧化性
模具的热处理及表面强化技术
氏体组织。淬火加热温度主要根据钢的临界点来确定。表 9.1.1 为常用模具钢的相变点及
淬火加热温度。另外，淬火温度还应考虑模具的形状尺寸、原始组织等因素。
表 9.1.1 常用模具钢的相变点及淬火加热温度
牌号
Ac1 或 Ac3/℃ 淬火温度/℃
牌号
Ac1 或 Ac3/℃ 淬火温度/℃
45
780
820~850
9.1 模具的热处理
9.1.l 模具钢的热处理
模具钢的热处理工艺是指模具钢在加热、冷却过程中，根据组织转变规律制定的具体热 处理加热、保温和冷却的工艺参数。根据加热、冷却方式及获得组织和性能的不同，热处理 工艺可分为常规热处理、表面热处理（表面淬火和化学热处理等）等。 根据热处理在零件生产工艺流程中的位置和作用，热处理又可分为预备热处理和最终热 处理。模具钢的常规热处理主要包括退火、正火、淬火和回火。由于真空热处理技术具有防 止加热氧化、不脱碳、真空除气、变形小及硬度均匀等特点，近年来得到广泛的推广应用。
体的析出。钢的强度、硬度和韧性也比较高。正火工艺规范如图 9.1.2 所示。
3.淬火与回火
淬火和回火是模具钢或模具零件强化的主要手段。
将钢加热到临界点 Ac1 或 Ac3 以上一定温度，保温一定时间，然后以大于临界淬火速度 的速度进行冷却，使过冷奥氏体转变为马氏体或贝氏体组织的热处理工艺称为淬火。回火是
第 9 章 模具的热处理及表面强化技术
模具热处理及表面强化是模具制造中的关键工艺之一，直接关系到模具的制造精度、力 学性能(如强度等)、使用寿命以及制造成本，是保证模具质量和使用寿命的重要环节。模具 在实际生产使用中表明，在模具的全部失效中，由于热处理不当所引起的失效居于首位。在 模具设计制造过程中，若能正确选用钢材，选择合理的热处理及表面强化技术工艺，对充分 发挥材料的潜在性能、减少能耗、降低成本、提高模具的质量和使用寿命都将起到重大的作 用。当前模具热处理技术发展较快的领域是真空热处理技术和模具的表面强化技术。
模具表面喷丸强化
模具表面喷丸强化随着现代工业技术的发展，对于模具使用性能提出了更高的要求。
努力缩短模具的生产周期提高模具的质量，延长模具寿命，直接或间接带来的社会效益和经济效益是难以估量的。
材料和热处理是影响模具质量、性能和使用寿命最重要的内在因素。
60%模具的早期失效，是由材料和热处理的因素造成的。
为了提高模的强度及模具的耐磨性，充分挖掘模具材料的性能潜力，延长模具服役寿命，采取了许多有效的措施，从省能源、省资源、充分发挥材料的性能潜力，获得特殊性能和最大技术经济效益出发，发展和应用表面强化工艺技术是提高模具使用性能和寿命的极重要的发展方向，喷丸强化就是其中的一项经济、简便而有效的模具表面处理工艺方法，值得大力推广。
喷丸强化是借助于硬丸粒，高速、连续锤击金属表面，使其产生强烈的冷作硬化。
通过喷丸可以明显改变金属表面的应力状态、显微硬度、表层的微观形貌和相成分，从而提高模具的疲劳强度、抗冲击磨损及抗应力腐蚀性能。
喷丸还可改变模具的表面粗糙度，并有效地去除电火花加工而产生的表面变质层。
喷丸强化方法简单易行，节约能源，适用于落料模、冷作模、冷镦模和热锻模等以疲劳失效形式为主的模具，如锻模服役时，要经受弯曲和热膨胀，常发生因局部屈服而导致显微裂纹，喷丸处理产生压应力能推迟显微裂纹的形成，从而延迟模具龟裂发生，模具经喷丸强化后使用寿命情况如表1所示。
喷丸强化原理喷丸过程就是大量弹丸喷射到零件表面上的过程，而弹丸喷射到零件表面上有如无数小锤对表面锤击，因此，金属零件表面产生极为强烈的塑性形变，使零件表面产生一定厚度的冷作硬化层，称为表面强化层，此强化层会显著地提高零件在高温和高湿工作下的疲劳强度。
零件表面形成的强化层之所以会改善其疲劳性能，其原因是在此层内有着完全不同于基体（即零件心部）的应力状态及组织结构，一般地说零件疲劳强度的提高与表面强化层内以下三个因素有关：（1）表面层的宏观残余应力；（2）表面层的微观应力；（3）表面层的微细嵌镶组织。
8.第八讲-模具表面激光强化处理
第八节模具表面激光强化处理激光表面强化处理工艺主要包括有表面淬火、熔凝、合金化、涂覆等技术。
在模具表面强化中，激光表面淬火应用最为普遍。
激光表面淬火其表面形成了一层硬度极高的特殊淬火组织。
其硬度高，耐磨性可提高，淬硬层深度可达0.1～3.5mm，大大延长了模具的使用寿命；适合于形状复杂、精加工后不易采用其他方法强化的模具处理。
而激光表面熔凝基本原理是利用激光束对模具表面进行熔融和激冷处理，从而使所获的组织非常细小，甚至可能获得非晶态组织，因而表面强化性能更高，对低碳钢、中碳钢、低合金工具钢等处理后，其表面性能几乎可与高强度模具钢相媲美，激光强化处理模具的使用寿命如表 1。
表 1 激光强化处理模具的使用寿命模具名称模具材料原处理工艺激光处理后寿命提高倍数山字型硅钢片铁芯冲模Cr12 淬火+ 低温回火33%B9 硅钢片铁芯冲模Cr12 淬火+ 低温回火60%裁纸刀T10 调质50 倍，达 300 万冲次铝饭盒盖拉伸模45 火焰淬火6～9 倍一、激光表面淬火强化的定义：当具有一定功率的激光束以一定的扫描速度照射到经过黑化处理的模具工作表面时，将使模具工作表面在很短时间内由于吸收激光的能量而急剧升温。
当激光束移开时，模具工作表面由基材自身传导而迅速冷却，从而形成具有一定性能的表面强化层，其硬度可比常规淬火提高15%～20%，此外还具有淬火组织细小、耐磨性高、节能效果显着以及可改善工作条件等优点。
二、激光表面淬火强化特点：1）激光淬火层硬度达HV800～1100，具有极好的耐磨性和抗拉伤能力，寿命较火焰淬火提高5～50倍。
2）激光淬火层硬度、层深均匀，与基体有很强的结合力。
3）通过选择激光波长调节激光功率等手段，能灵活地对复杂形状工件或工件局部部位实施非接触性急热、急冷，加热和冷却速度高：105～109℃/S。
该技术易控制处理范围，热影响区小，激光淬火处理后工件产生的残余应力及变形很小，无须作任何校正和加工处理。
表面强化技术的名词解释
表面强化技术的名词解释导言：随着科技的不断进步和发展，表面强化技术在各个行业领域得到了广泛应用。
本文将对表面强化技术进行详细解释，并探讨其在材料科学、制造业和航空航天领域的应用。
一、表面强化技术的定义和原理表面强化技术是指使用一系列物理、化学或机械方法来提高材料表面的性能，以增强材料的耐磨、耐腐蚀、抗疲劳和减少摩擦等特性。
它可以改变材料的表面组织和化学成分，使其具有更高的硬度、强度和耐久性。
表面强化技术的原理主要有下面几种：1. 热处理：通过控制材料的加热和冷却过程，使其晶体结构发生变化，从而提高硬度和强度。
2. 表面改性：通过离子注入或涂层技术，在材料表面形成一层薄膜，增加其耐磨、耐腐蚀和抗划伤性能。
3. 压缩强化：利用压力和摩擦力改变材料的晶粒形状和位置，增加其强度和耐久性。
4. 化学强化：通过浸泡在化学溶液中，使表面产生化学反应，从而提高材料的硬度和耐蚀性。
二、表面强化技术在材料科学中的应用材料科学是表面强化技术的重要应用领域之一。
通过表面强化技术，我们可以改善材料的性能，使其适应不同的工作环境和应用需求。
例如，在钢材制造中，通过热处理、表面改性和涂层技术，可以增加钢材的硬度、耐腐蚀性和耐磨性，提高其使用寿命。
而在电子行业，通过化学强化技术，可以加工出更薄、更轻、更耐用的显示屏和电路板。
三、表面强化技术在制造业中的应用表面强化技术在制造业中具有广泛的应用。
通过表面强化技术，我们可以改变材料的物理和化学性质，提高制品的耐用性和可靠性。
例如，在汽车制造业中，通过表面强化技术可以制造出更耐腐蚀、更耐磨的发动机零件，提高汽车的整体性能和可靠性。
而在船舶制造业中，通过热处理和涂层技术可以增加船体的耐腐蚀性和耐磨性，同时减少船体的阻力，提高船舶的航行效率。
四、表面强化技术在航空航天领域的应用航空航天领域是表面强化技术的重要应用领域之一。
在航空航天工业中，材料的质量、强度和耐久性对飞行器的安全至关重要。
第9章模具表面强化
9.3.2 气体软氮化
9.3.2.1 气体氮化工艺要点 （1）工艺操作 （2）软氮化用钢的选择
第9章模具表面强化
9.3.2 气体软氮化
（2）接上图
第9章模具表面强化
9.3.2 气体软氮化
9.3.2.2 气体软氮化工艺举例 详细见课本P229表9-10
第9章模具表面强化
9.4 渗硼
1 渗硼方法 2 渗硼层的组织与性能 3 渗硼后的热处理 4 渗硼模具用钢的选择 5 渗硼的应用
第9章模具表面强化
9.5.2 渗硫和硫氮共渗
渗硫工艺根据渗剂的不同,可分为固ห้องสมุดไป่ตู้渗硫、液体渗硫和 气体渗硫三种。
第9章模具表面强化
9.6 气相沉积技术
1 气相沉积技术概述 2 碳化钛涂层
第9章模具表面强化
9.6.1 气相沉积技术概述
气相沉积技术是利用气态物质 (气相)与模具表面发生物 理、化学变化,在模具表面形成具有某些特殊性能的合金 化合物涂层。
接上图
第9章模具表面强化
9.1.2 气体渗碳
（2）气体渗碳工艺举例 以煤油为渗碳介质,在RJJ系列井式炉气体渗碳工艺举例 见表9-4、表9-5，详见课本P213-214
第9章模具表面强化
9.2 渗氮
第9章模具表面强化
9.2 渗氮
第9章模具表面强化
9.2 渗氮
第9章模具表面强化
9.2 渗氮
1 气体渗氮 2 离子渗氮 3 渗碳件常见缺陷,产生原因及预防措施
9.7 激光强化技术
1 激光相变硬化(激光淬火) 2 激光非晶化 3 激光非晶化
第9章模具表面强化
9.7.1 激光相变硬化 (激光淬火)
它是指铁基合金在固态下经受激光照射,使表层被迅速加 热至奥氏体状态,并在激光停止照射后,快速自冷及至马 氏体组织的一种工艺。适用于激光淬火的材料主要有灰 铸铁、球墨铸铁、碳钢和马氏体不锈钢等。
浅谈模具钢H13的表面强化技术及发展趋势 1
浅谈模具钢H13的表面强化技术及发展趋势摘要随着高科技的迅猛发展，人们改善材料的性能，扩大其能力，延长了零件的使用寿命和设备，以改善经济，提出了更高的要求。
失败的许多部分是由于该材料的表面不能由于服务的苛刻条件下，如磨损，腐蚀和表面氧化指南。
提高材料的表面性能，延长机件的使用寿命和材料起着非常重要的作用，它诞生于表面强化技术是潜力得到了快速发展，已被广泛重要性，成为当前材料科学研究中的重点领域之一。
H13钢是最具代表性的热作模具之一，其传统的热处理工艺得到不断完善和优化的表面改性工艺打破了传统的表面热处理的限制，在表面涂层和高能束表面处理方面得到了极大的发展。
本论文选题的意义主要在于通过对模具钢H13的表面强化技术的综述，总结出为提高模具寿命的表面强化方法、工艺及发展趋势。
应用各种表面强化技术可以充分发挥材料的潜力、节约能源；制备特殊的表面强化层;提高经济效益。
关键字：模具钢；表面强化；H13AbstractWith the rapid development of high technology , it improve the performance of materials, expanding its ability to extend the life of parts and equipment to improve the economy, put forward higher requirements. Many parts of the failure is due to the surface of the material can not be due to the harsh conditions of service , such as wear, corrosion and surface oxidation guide . Improve the surface properties of materials to extend the life of parts and materials plays a very important role, it was born in the surface potential of enhanced technology has been rapid development , has been widely importance , become the focus in the field of materials science one .H13 steel is one of the most representative of hot die , its traditional heat treatment process has been continuously improved and optimized surface modification technology to break the traditional limitations of surface treatment , surface coating and high-energy beam surface treatment has been great development. The significance of this topic by topic lies mainly H13 tool steel surface enhanced technical review , summed up in order to improve surface hardening methods, processes and trends die life . Application of surface enhancement technology can realize the full potential of materials, energy saving ; preparation of special surface hardening layer ; improve economic efficiency .Keywords: mold steel;surface hardening;H13目录摘要 (2)Abstract (3)1 H13模具钢应用及模具表面强化技术的综述 (5)1.1综述H13在模具行业的广泛应用 (5)1.2模具表面强化技术的必要性 (6)2 H13模具钢不改变表面化学成分的强化技术的综述 (8)2.1综述不改变表面化学成分的强化技术原理及介绍应用现状 (8)2.2激光处理和表面镀膜的原理及应用 (8)2.2.1 激光表面处理 (8)2.2.2 表面镀膜处理 (8)3 H13模具钢改变表面化学成分的强化技术的综述 (10)3.1综述改变表面化学成分的强化技术原理及应用现状； (10)3.2离子化学处理和渗金处理的原理及应用 (10)4 H13模具钢表面强化技术对比剂发展趋势 (12)5 结束语 (13)参考文献 (14)1 H13模具钢应用及模具表面强化技术的综述1.1综述H13在模具行业的广泛应用模具材料模具行业是最重要的技术和物质基础，其性能，质量，服务模具，模具制造周期以及工业产品的生命高档，多元化，个性化的和具有决定性意义的增值发展方向，因而模具材料的研究一直是各国的重视。
模具表面强化处理技术
要采用二次淬火或一次正火加一次淬火，以保证模具零件心部和渗 层都达到高的性能要求。第1次淬火温度碳钢为880～900℃，合金钢 为850～870℃，目的是细化心部组织，并消除表面网状碳化物。第2 次淬火温度则根据高碳的表层来决定，一般选择在稍高于ACL的温度。 二次淬火，有可能出现较大的淬火缺陷，工艺较复杂，生产周期长， 故仅用于对表面层耐磨性、疲劳强度和心部韧性等要求较高的重载 荷零件。
中进行。氨气由液氨瓶经过流量计、干燥箱进入渗氮罐。渗氮罐要
求密封，渗氮罐内温度及气流应尽可能均匀。
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5.1模具表面化学热处理强化
用氨气分解率测定计测量废气中氮和氢的体积与废气总体积之
比，用以表示氨分解的程度。
3）渗氮工艺参数 渗氮温度一般在500～570℃，渗氮时间根据模具渗氮层深度的
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炭和碳酸钡的混合物。其中木炭起渗碳作用，碳酸钡起催渗作用。
5.1模具表面化学热处理强化
渗碳温度一般为900～950℃，在此高温下，木炭与空隙中的氧
气反应形成CO2，CO2与C反应形成不稳定的CO在工件表面分解得到活 性碳原子，即可渗入工件表面形成渗碳层。
2.气体渗碳
采用液体或气体碳氢化合物作为渗碳剂。国内应用最广的气体
模具零件经渗碳后其表面硬度和耐磨性大大提高，同时由于心
部和表面的含碳量不同，硬化后的表面获得有利的残余压应力，从 而进一步提高渗碳工件的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度。根据渗碳
介质的物理状态不同，可将渗碳方法分为固体渗碳、气体渗碳、真
空渗碳和离子渗碳等。
1.固体渗碳
是将工件置于填满木炭和碳酸钡的密封箱内进行，渗碳剂是木
模具表面强化技术
本 工艺处 理模 具 ：下料 一全 部 加工到 位 （ 无须 力 ，使模具容易磨损 ；另一方面 ，不锈 钢板料 易与模 热处理 ）一本工艺处理 （ 基体硬 化与表面处理 一次完
具表面形 成粘结 （ 咬合 ） ，使焊 管及 模具 表面 形成拉 成 ） 。一磨 内孔 一成 品 伤 。因此 ，好的不锈钢成型模具必须具备极 高的耐磨 由 工艺流 程可 看 出 ，采 用本 工艺 可缩 短模具 的
１ 技术简介 ，
扩散法金 属碳化物覆 层技术是将 工件置于特 挥 超硬膜 层 的性能优 势 ，此外 ，该技 术不存 在绕
种介 质 中 ，经 扩散作 用于 工件表面形 成一层 数微 镀 性 问题 ，后 续基体 硬化 处理 方便 ，并可 多次重 米至 数十微米 的金 属碳化物层 。该碳 化物 层具有 复处理 ，使 该技术 的适 用性 更为广 泛 。 极高的硬 度 ，Ｈ Ｖ可达 １０ ～３ ０ （ ０ ０ ０ 由碳化物种类 ６
４适 用范 围 ．
．
１ ８．第０ 数控机床市场 １ ６期
维普资讯
超 硬化 处 理技 术 已成 功应 用
于不锈钢焊管成 型模具上。 经 该技 术 处理 的模 具 在其 表 面形成硬 度高达 Ｈ ３ ０ 左右 Ｖ ００
的金 属 碳 化物 层 ，该 碳化 物
维普资讯
技术 前 沿
模 具表面强化 技木
● 文 ／ 层技术 化物覆层 ，与基体形成冶金结合 ．具有 Ｐ Ｄ、Ｐ Ｖ Ｖ ＣＤ
无法 比拟 的膜基 结合 力 ，因此该 技术 真正能 够发
由扩 散法金 属碳化 物覆层 技术形 成的金 属碳
层致密 ，与基体结合紧密 ，不 影 响工件 的表 面光 洁 度 ，具 有极高 的耐 磨 ，抗咬合 性能 ， 可从 根本 上 解决 焊 管 的拉毛
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模具表面强化技术的介绍一、扩散法金属碳化物覆层技术介绍1 、技术简介扩散法金属碳化物覆层技术是将工件置于特种介质中，经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层。
该碳化物层具有极高的硬度，HV 可达1600~3000 （由碳化物种类决定），此外，该碳化物履层与基体冶金结合，不影响工件表面光洁度，具有极高的耐磨、抗咬合（粘结）、耐蚀等性能，可大幅度提高工模具及机械零件的使用寿命。
2、与相关技术的比较通过在工件表面形成超硬化合物膜层的方法，是大幅度提高其耐磨、抗咬合（抗粘结）、耐蚀等性能，从而大幅度提高其使用寿命的有效而经济的方法。
目前，工件表面超硬化处理方法主要有物理气相沉积（PVD）,化学气相沉积（CVD）,物理化学气相沉积（PCVD）,扩散法金属碳化物履层技术，其中，PVD 法具有沉积温度低，工件变形小的优点，但由于膜层与基体的结合力较差，工艺绕镀性不好，往往难以发挥超硬化合物膜层的性能优势。
CVD 法具有膜基结合力好，工艺绕镀性好等突出优点，但对于大量的钢铁材料而言，其后续基体硬化处理比较麻烦，稍有不慎，膜层就易破坏。
因此其应用主要集中在硬质合金等材料上。
PCVD法沉积温度低，膜基结合力及工艺绕镀性均较PVD法有较大改进，但与扩散法相比，膜基结合力仍有较大差距，此外由于PCVD 法仍为等离子体成膜，虽然绕镀性较PVD 法有所改善，但无法消除。
由扩散法金属碳化物覆层技术形成的金属碳化物覆层，与基体形成冶金结合，具有PVD、PCVD无法比拟的膜基结合力，因此该技术真正能够发挥超硬膜层的性能优势，此外，该技术不存在绕镀性问题，后续基体硬化处理方便，并可多次重复处理，使该技术的适用性更为广泛。
3、技术优势扩散法金属碳化物覆层技术在日本、欧洲各国、澳大利亚、韩国等国应用广泛。
据调查，许多进口设备上的配套模具大量地使用了该技术，这些模具在进行国产化时，由于缺乏相应的成熟技术，往往使模具寿命低，有些甚至无法国产化。
该技术国内七十年代就有人研究过，但由于各方面条件的限制，工艺及设备往往难以经过批量和长期生产的考验，使该技术中的一些实际存在的问题不易暴露或难以解决，往往半途而废。
我们在十多年的研究与应用的过程中，对该技术存在的工艺、设备上的实际问题进行了深入的研究，并进行了有效的改进，经改进后的工艺及成套设备已能够满足长期稳定生产的要求，所处理的模具寿命水平达到进口同类模具寿命水平，取得了丰富的各类模具实际应用的生产经验，为大规模推广应用该技术奠定了坚实的技术基础。
4、适用范围扩散法金属碳化物覆层技术可以广泛应用于各类因磨损、咬合而引起失效的工模具或机械零件。
其中，因磨损而引起的失效（如冲裁，冷镦，粉末成型等模具）可提高寿命数倍至数十倍；因咬合而引起的产品或模具的拉伤问题（如引伸模，翻边模等），可以从根本上予以解决。
适用材料：模具钢，含碳量大于0.3% 的结构钢，铸铁，硬质合金二、不锈钢焊管模具表面超硬化处理技术不锈钢焊管是在焊管成型机上，由不锈钢板经若干道模具碾压成型并经焊接而成。
由于不锈钢的强度较高，且其结构为面心立方晶格，易形成加工硬化，使焊管成型时：一方面模具要承受较大的摩擦力，使模具容易磨损；另一方面，不锈钢板料易与模具表面形成粘结（咬合），使焊管及模具表面形成拉伤。
因此，好的不锈钢成型模具必须具备极高的耐磨和抗粘结（咬合）性能。
我们对进口焊管模具的分析表明，该类模具的表面处理都是采用超硬金属碳化物或氮化物覆层处理。
不锈钢焊管成型模具材料一般是由高碳高铬的Cr12MoV （或SRD11,D2, DC53）制成。
目前国内普遍采用如下工艺流程制作模具：下料f粗加工f热处理（咼温淬火加咼温回火）f精加工f氮化f成品（注：为节省成本，一般生产厂家现在都省去了锻造与球化退火两道耗时，费财工序）。
由于Cr12MoV 类材料属于咼碳咼铬合金钢，其原始组织存在很大的成份偏析（这种偏析即使一般的锻造也无法消除）。
这样经过热处理（咼淬咼回）的模具内部组织极不均匀，宏观表现为硬度极不均匀（HRC四十几至六十左右），再经氮化处理，模具表面不均匀性无法消除，基体硬度甚至进一步降低，实际使用时，表现为模具及焊管表面均易拉伤，模具寿命低。
由湖南特普电子有限公司潜心研究的模具表面超硬化处理技术已成功应用于不锈钢焊管成型模具上。
经该技术处理的模具在其表面形成硬度咼达HV3000 左右的金属碳化物层，该碳化物层致密，与基体结合紧密，不影响工件的表面光洁度，具有极咼的耐磨，抗咬合性能，可从根本上解决焊管的拉毛问题，减少制管后续抛光工序的工作量并提高产品质量，大幅度提高模具使用寿命，减少售后服务工作量。
实践表明，该技术具有极高的使用价值。
以下是该工艺处理模具与氮化处理模具的有关比较。
1、性能：氮化模具本工艺处理模具表面硬度：HV700~1000 左右HV3000 左右基体硬度：极不均匀HRC58~62HRC40~602、工艺流程：氮化模具：下料f粗加工f热处理（高淬高回）f精加工f氮化f 成品本工艺处理模具：下料f全部加工到位（无须热处理）f本工艺处理（基体硬化与表面处理一次完成）。
f磨内孔f成品由工艺流程可看出，采用本工艺可缩短模具的加工周期。
3、使用效果：本工艺处理的模具较氮化模具可从根本上解决焊管的拉毛，从而减少焊管后续抛光工序的工作量并提高产品质量（因大量抛光而使管壁减簿），大幅度提高模具使用寿命，减少售后服务工作量。
由湖南特普电子有限公司开发的模具表面超硬化处理技术，在实际生产当中得到较广泛的应用，并受到客户的好评，由此工艺处理的模具寿命较传统工艺如氮化有较大幅度的提高，在某些模具性能方面超过国外水平，而价格仅是国外同等的1/4~1/10 。
经本工艺处理的模具有轧辊，冲头，彩管系列冷作模具，标准件模具，叶蜡石模具，铜铝型材挤压模具等，使客户产生了很高的效益，使模具的性价比得到质的提高。
“国内机床厂还没有重视模具制造这个广大的市场，任凭日本、欧洲还有中国台湾地区的机床厂商去占据。
”第二届国际模具技术会议召开在即，当记者就国产机床在模具市场占有情况采访中国模具工业协会常务副理事长兼秘书长曹延安时，却得到了如上的答复。
国产机床在模具装备市场的缺席据了解，在模具行业，高档设备几乎由国外品牌所统领，而中低档设备，台湾机床的份额很大。
除了汉川机床、杭州机床、大连机床几家以外，真正在模具行业叫得响的国内机床企业为数不多。
从目前我国主要模具企业对机床的使用情况来看：资历雄厚的国有模具企业、三资模具企业使用的高中档设备都是从日本和欧美进口的，低档设备则购买台湾的；而江浙、广东一带，实力水平不等的民营模具企业，在发展初期选择国产或台湾的机器（也以台湾机器为主）。
国产设备在稳定性、可* 性方面不能满足其生产需要，而台湾机器便宜、可*、服务及时，受到江浙模具企业的青睐，因此他们现在大都用台湾的机器。
一些发展更好的企业则选购国外的机床，而随着企业的发展，加工水平的提高，对精度和质量各方面的要求也更高了，这将是台湾机器难以企及的。
“我在参观黄岩模具厂时发现，他们正在引进日本、欧洲的新装备。
”曹延安举例说。
国外机床在高档模具制造设备方面的统领，其原因固然是与他们的产品质量密不可分，同时也与他们针对中国模具市场的策略相关。
国外模具制造设备企业对中国市场十分重视，一个明显的体现就是比国内机床企业更热衷于参加由中国模具工业协会组织的模具展。
2006 年第十一届中国国际模具技术和设备展览会规模将达5 万平方米，境外主要机床厂无一缺席，均积极报名参加。
而从上届展会情况看，国外机床企业参展数占机床展商的2/3 。
相反，国内许多模具设备企业没有参加，一些企业在大力动员下虽然参加了展会，但重视程度不够，展位面积很小，参展产品不多，没有体现出一个知名企业的品牌和气势。
一些国际知名机床企业如日本的牧野非常重视对中国市场的开发，而森精机也改变原来只注重欧美市场销售的历史，快速进入中国市场，尤其是模具市场，他们在中国建立的第一个研究所就是为模具生产准备的。
国内机床企业为何不热衷生产模具设备据了解，2004 年我国模具总产值达到530亿元，增幅为18%，模具制造水平有较大提高，理应带动先进加工技术设备的需求。
在这种背景下，为什么国产机床厂却任由国外或台湾生产的机床长久地占据着中国广阔的模具市场，而不是与模具行业同步发展，抓住时机，吸引模具企业的眼光呢？“我在对国内模具企业的参观中发现，他们不愿意使用国产数控机床装备，一方面是产品质量、可* 性较差，常出问题，二是服务不及时曹延安在解释国产机床在模具装备市场的缺席时如是说。
而据中国模具工业协会副秘书长秦珂介绍，目前国内模具企业使用的机床一般可以分为电加工机床和金切机床。
其中电加工机床在国内市场占有率还比较高。
但金切机床则不然，因为模具用的机床对加工技术要求比零件加工更高，比如在数控系统、传动设备、精度参数等方面，这就给国内机床企业的研发和设计带来较大困难。
另外，由于生产模具设备需要机床企业加大投入，同时还需要调整生产线才能达到模具生产的要求，这也是许多国内机床企业对于模具市场并不是很热衷的一个原因。
而近几年机床行业良好的宏观走势，也使国内机床企业在一定程度上无暇顾及模具市场。
2004 年，我国机床工具行业产品销售收入为1032 亿元，其中金属切削机床产量39 万台，国产数控金属切削机床年产量为51861 台，行业发展迅速，市场需求稳定增长。
很多企业反映“生产任务十分繁忙。
”从一些调研数据还可以看到，机床行业生产任务基本饱满，工人加班加点现象比较普遍，有的机床厂只能完成订货量的60% 。
一段时期内，机床行业主要企业订货、生产、销售形势看好的情势不会改变，而模具企业一次性合同金额小，不像一些企业一次就有十几台的批量订单。
在这种情况下，机床企业认为对模具制造设备的投入产出比偏小，不愿意花功夫投产也在所难免。
“我在和一些机床企业领导的接触中发现，他们确实在关注模具市场，但行动力度略显不足；也有的是因为目前工作实在太忙而无暇顾及这一领域。
”秦珂说，“目前，国内金切机床生产企业有500 家左右，数控机床生产企业有150 家左右，有能力做模具数控设备的也有30 家左右，但进入模具市场的机床企业却远远没有达到这一数字，这实在是很可惜。
”当滚雪球效应开始发挥作用作为模具行业使用的主要机床类型之一，电加工机床细分了模具装备行业的市场，其中要求较高的中高档机床依* 进口，而数量多、价格低、技术含量相对不高的低档机床则由国产占据，目前该市场分布相对合理，因此再发展的空间有限；而金切机床以技术、价格的优势，为企业带来直接经济效益和衍生经济效益的空间却是很大的。
首先，模具制造以其复杂、特殊性，对设备的技术要求相应也很高。