淺析常用模具表面強(qiáng)化處理技術(shù)

龍海玲++唐世儉

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.11.052

摘 要：現(xiàn)代模具工業(yè)有“不衰亡工業(yè)”之稱，模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)已成為衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平高低的重要標(biāo)志，并在很大程度上決定著產(chǎn)品質(zhì)量、企業(yè)效益和新型產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)能力，而模具的工作環(huán)境直接影響其使用壽命。除合理選擇模具材料、制定正確的制造加工方法以外，需對(duì)模具零部件采取相應(yīng)的表面強(qiáng)化處理技術(shù)，提高模具質(zhì)量，延長(zhǎng)其服務(wù)年限。

關(guān)鍵詞：模具 模具壽命 表面強(qiáng)化處理技術(shù) 熱處理方法

中圖分類號(hào)：TG162.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）04（b）-0052-02

模具作為一種高效率、高精度的生產(chǎn)工具，廣泛用于電子、機(jī)械、農(nóng)業(yè)、化工等各個(gè)行業(yè)。模具的工作條件惡劣，在使用過(guò)程中常承受著各種各樣的力的作用，常因磨損、腐蝕、斷裂等形式而報(bào)廢失效，而模具的失效一般都是由表面磨損開(kāi)始的，模具失效將直接影響到成型產(chǎn)品質(zhì)量、企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益等。模具質(zhì)量決定一切，那么正確制定制造加工方法、合理選擇模具材料及熱處理方法，對(duì)模具零部件進(jìn)行相應(yīng)的表面強(qiáng)化處理，延緩模具材料的表面破壞將有效提高模具質(zhì)量，延長(zhǎng)模具的使用壽命，促使產(chǎn)業(yè)利益最大化。

1 模具表面強(qiáng)化處理

模具表面處理的目的是使模具基體材料表面獲得原本沒(méi)有的性能，或者是進(jìn)一步提高模具原本具備的性能，這些性能主要是指模具材料表面的耐磨性、抗氧化性、抗咬合性、抗沖擊性、抗熱粘附性、抗冷熱疲勞性及抗腐蝕性等。

模具強(qiáng)化處理歸納總結(jié)為化學(xué)熱處理強(qiáng)化、表面熱處理強(qiáng)化、表面鍍覆強(qiáng)化、高能束表面強(qiáng)化技術(shù)（高密度能表面強(qiáng)化）、模具鋼的預(yù)硬化技術(shù)等五種強(qiáng)化技術(shù)。

2 化學(xué)熱處理強(qiáng)化

模具化學(xué)熱處理強(qiáng)化是將模具加熱到一定的溫度與特定的活性介質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)，使一種或幾種元素滲入模具材料表層，從而改變模具材料表層的化學(xué)成分、組織和性能的熱處理工藝。

模具的化學(xué)熱處理方法可分為滲碳、滲氮、碳氮共滲、滲硼和滲金屬等。（見(jiàn)表1）

化學(xué)熱處理強(qiáng)化，活性原子滲入工件表層都是由以下三個(gè)基本過(guò)程組成的。

（1）分解——由化學(xué)介質(zhì)分解出能滲入工件表層的活性原子。

（2）吸收—— 工件表面吸收活性原子。

（3）擴(kuò)散——被工件吸收，在一定的溫度下，由表面向內(nèi)部擴(kuò)散，形成一定厚度的擴(kuò)散層。

化學(xué)熱處理強(qiáng)化應(yīng)根據(jù)模具零件的性能要求及工藝的易行性與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，綜合衡量后合理地選用熱處理方法。

例如：

滲碳與滲氮都可提高零件的耐磨性，滲碳處理是在900 ℃～1 000 ℃的高溫下進(jìn)行，在較短時(shí)間內(nèi)（約6～10 h）即可獲得較深的滲層，故一般要求硬化層較深（約0.9～2.5 mm）的耐磨零件多采用滲碳處理，既可滿足性能要求，又較經(jīng)濟(jì)。對(duì)尺寸要求嚴(yán)格的零部件，可選擇滲氮處理在低溫（500 ℃～600 ℃）進(jìn)行，這樣可保證零件尺寸精度，但滲氮層增厚緩慢，滲氮時(shí)間常需十幾個(gè)小時(shí)甚至幾十個(gè)小時(shí)，相對(duì)而言費(fèi)時(shí)太多較不經(jīng)濟(jì)。

3 表面熱處理強(qiáng)化

模具的表面熱處理強(qiáng)化是指對(duì)模具表面進(jìn)行熱處理，以提高模具的耐腐蝕性、硬度和耐磨性，達(dá)到強(qiáng)化模具表面性能的目的，主要指進(jìn)行氣相沉積。

氣相沉積是指將含有形成沉積元素的氣相物質(zhì)輸送到工件表面，在工件表面形成沉積層的工藝方法。通常是在工件表面覆蓋一層厚度為0.5～10 ?m的過(guò)渡族元素（如Ti、V、Cr、W、Mo、Nb等）與C、N、O、B等元素形成的化合物層。按形成的原理一般可分為化學(xué)氣相沉積（CVD法）和物理氣相沉積（PVD法），而物理氣相沉積又可分為真空鍍覆、陰極濺射和離子鍍等三種方法。

例如：

（1）用H13鋼制造鋁型材擠壓模具，經(jīng)鹽浴滲鉻后，在其表面形成5～6 ?m的碳化鉻層，與滲氮相比模具壽命提高50%以上鋁型材表面的粗糙度也較滲氮低。

（2）T8A鋼材質(zhì)拉深模，經(jīng)常溫處理后，每拉深100～200件需修模一次，經(jīng)滲鉻處理后，可拉深1 000件以上。

4 表面鍍覆強(qiáng)化

模具的表面鍍覆強(qiáng)化是指在目錄表面覆蓋一層單一金屬及非金屬化合物層，改變模具表層的化學(xué)成分，提高模具的耐腐蝕性、硬度和耐磨性，以達(dá)到強(qiáng)化模具表面性能的目的。表面鍍覆強(qiáng)化主要分為電鍍、電刷鍍、化學(xué)鍍等三種。

金屬經(jīng)過(guò)電鍍后，可改變其外觀，具有優(yōu)良的耐腐蝕性和耐磨性；而電刷鍍是電鍍的一種特殊形式，又稱無(wú)槽鍍或涂鍍；化學(xué)鍍可以獲得單一金屬鍍層、合金鍍層和復(fù)合鍍層，在模具中應(yīng)用較多的是鍍鎳及其合金。化學(xué)鍍與電鍍、電刷鍍相比具有均鍍能力和深度能力好，具有良好的仿型性，非常適合形狀復(fù)雜的模具成型零部件，并且沉積厚度可控，鍍層致密與基體結(jié)合良好，已在沖壓模具、塑料模具等多種模具是得到應(yīng)用。

例如：

（1）以3Cr2W8V鋼為材料的連桿蓋熱鍛模，利用電刷鍍技術(shù)可顯著提高模具壽命，電鍍層還具有良好的紅硬性、耐磨性和抗氧化能力。

（2）以Cr12MoV鋼為材料的拉深模，經(jīng)化學(xué)鍍Ni-P處理后鍍層硬度為60～64 HRC，具有優(yōu)良的耐磨性，高的硬度和小的摩擦系數(shù)，使用壽命從2萬(wàn)次提高到9萬(wàn)次。

（3）以45鋼為材料的拉深模，經(jīng)化學(xué)鍍10 ?m厚的鎳-磷鍍層后，模具表面硬度達(dá)到1 000 HV以上，產(chǎn)品質(zhì)量明顯提高，是模具壽命延長(zhǎng)了10倍。

5 高能束表面強(qiáng)化技術(shù)（高密度能表面強(qiáng)化）

作為一種新興熱處理技術(shù)，高能束表面強(qiáng)化技術(shù)是以極大密度的能量瞬時(shí)供給模具表面，使其發(fā)生相應(yīng)硬化、融化后快速凝固和表面合金化效果的熱處理技術(shù)。

高能束熱源通常是激光、電子束、離子束等，具有加熱速度快，工件變形小，不需冷卻介質(zhì)，可控性能好，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化處理等特點(diǎn)。

例如：

國(guó)內(nèi)常采用激光表面相變硬化、小尺寸電子束和中等功率的離子注入來(lái)提高模具的表面硬度，已被用于鋼和鑄鐵的表面硬化，提高其抗疲勞、耐磨損和抗腐蝕性能。

6 模具鋼的預(yù)硬化處理技術(shù)

模具鋼的預(yù)硬化處理技術(shù)也是一種新興熱處理技術(shù)，是指在模具機(jī)械加工前機(jī)械預(yù)熱處理，使之達(dá)到使用時(shí)的硬度（25～50 HRC），然后把模具加工成形而不再進(jìn)行熱處理，從而保證精密、復(fù)雜模具精度的處理技術(shù)。

采用預(yù)硬化模具材料，可以簡(jiǎn)化模具的制造工藝，縮短模具的制造周期，降低生產(chǎn)成本，提高模具的制造精度。

或許我們可以預(yù)見(jiàn)，隨著加工技術(shù)的進(jìn)步，預(yù)硬化模具材料會(huì)用于越來(lái)越多的模具中，這將是一個(gè)更為廣闊的發(fā)展空間。

7 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)的模具壽命還不夠長(zhǎng)，我們常見(jiàn)的模具損壞有一半左右是由于熱處理不到位所造成的，所以為了延長(zhǎng)模具使用壽命，我們需嚴(yán)格進(jìn)行熱處理把關(guān)。

模具表面強(qiáng)化處理的方法還有很多，我們要結(jié)合各種模具的工作條件及其使用的經(jīng)濟(jì)性等因素綜合考慮。通過(guò)合適的表面強(qiáng)化技術(shù)來(lái)改變模具表層的成份和組織，使零件具有“內(nèi)韌外硬”——內(nèi)部韌、表面硬、耐磨、耐熱、耐蝕、抗疲勞、抗粘結(jié)的優(yōu)異性能，可幾倍乃至幾十倍地提高模具使用壽命。

參考文獻(xiàn)

[1] 勞動(dòng)和社會(huì)保障部教材辦公室組織編寫.模具材料與熱處理[M].北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2015.

[2] 張清輝.模具材料及表面處理[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005.

[3] 楊裕雄.國(guó)外模具表面處理技術(shù)概況[J].模具工業(yè)，1994（8）：2-7.