模具材料及强化技术-第7章--模具表面强化技术-2019.ppt

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1、模具材料及强化技术模具材料及强化技术-第第7章章 模具表面强化技术模具表面强化技术-2019模具表面的硬硬硬硬度度度度、耐耐耐耐磨磨磨磨性性性性、耐耐耐耐蚀蚀蚀蚀性性性性和和和和高高高高温温温温抗抗抗抗氧氧氧氧化化化化性性性性，大幅度 模具使用寿命使用寿命使用寿命使用寿命。模具表面的抗擦伤能力和脱模能力抗擦伤能力和脱模能力抗擦伤能力和脱模能力抗擦伤能力和脱模能力，成形产品的生产效率。采用碳碳碳碳素素素素工工工工具具具具钢钢钢钢或低低低低合合合合金金金金模模模模具具具具钢钢钢钢，经表表面面涂涂层层或激激光光合合金金化化处处理理后，可可可可达达达达到到到到或或或或超超超超过过过过高高高高合合合合金

2、金金金模模模模具具具具钢钢钢钢甚至硬硬硬硬质质质质合合合合金金金金的性能指标，不仅可大幅度模具材料成本，还可简简简简化化化化模具制造加工工艺和热处理工艺，生产成本。可用于模具的修修修修复复复复，尤其是电刷镀技术可在不拆卸模具的前提下完成对模具表面的修复。可用于模具表面的纹饰纹饰纹饰纹饰，能其塑料制品的档次和附加值。模具表面强化处理的目的模具表面强化处理的目的2uu化学热处理化学热处理化学热处理化学热处理：渗碳、渗氮、碳氮共渗、氮碳共渗 渗硼、渗金属（渗铬、渗钒、渗铌、渗铝）uu涂镀涂镀涂镀涂镀：电镀、电刷镀、化学镀、热浸镀uu气相沉积强化气相沉积强化气相沉积强化气相沉积强化：化学气相沉积 物理

3、气相沉积，如：真空蒸镀、阴极溅射、离子镀uu高能束表面强化高能束表面强化高能束表面强化高能束表面强化：激光表面淬火、激光熔覆、激光冲击硬化、激光合金化 电子束表面淬火、电子束表面合金化 离子注入合金化uu表面加工强化技术表面加工强化技术表面加工强化技术表面加工强化技术：火焰表面加热淬火、高频感应加热表面淬火 喷丸表面强化、电火花表面强化 电解液表面加热淬火常用的模具表面强化处理技术常用的模具表面强化处理技术3表表表表7-1 7-1 模具表面强化处理技术的作用及应用模具表面强化处理技术的作用及应用模具表面强化处理技术的作用及应用模具表面强化处理技术的作用及应用表面表面处理工艺处理工艺作用作用应用

4、应用渗碳渗碳硬度（5256HRC）、耐磨性、耐疲劳性。挤压模、穿孔工具等渗氮渗氮硬度、耐磨性、抗粘附性、红硬性、耐疲劳性、抗蚀性，但周期长，表面有白色脆化层。挤压模、冷挤模等离子渗碳离子渗碳可消除表面白色脆化层，耐磨性、耐疲劳性和抗变形能力均优于优于优于优于渗氮。挤压模、挤压工具等碳氮共渗碳氮共渗相比于渗碳和渗氮，具有更高的硬度、耐磨性、耐疲劳性、红硬性、热强性，生产周期短。成型模、冷挤模、热挤模和模架等氮碳共渗氮碳共渗硬度、耐磨性、抗粘附性、抗蚀性、抗热疲劳性。冷挤模、拉深模、挤压模穿孔针渗硼渗硼具有极好的表面硬度、耐磨性、抗粘附性、抗氧化性、红硬性，良好的抗蚀性。挤压模、拉深模模具表面强化

5、处理技术的作用及应用模具表面强化处理技术的作用及应用4表面表面处理工艺处理工艺作用作用应用应用碳氮硼三元共渗碳氮硼三元共渗硬度、强度、耐磨性、耐疲劳性、抗蚀性挤压模、冲头针尖盐浴覆层盐浴覆层（TD处理处理）硬度、耐磨性、耐热疲劳性、抗蚀性、抗粘附性、抗氧化性挤压模渗铬渗铬硬度、耐磨性、抗蚀性、抗粘附性、抗氧化性挤压模、拉深模镀硬铬镀硬铬表面粗糙度，表面硬度、抗疲劳性、抗蚀性挤压模、拉深模等钴基合金堆焊钴基合金堆焊硬度、红硬性、耐磨性挤压模冲头、芯杆针尖电火花表面强化电火花表面强化硬度、强度、耐磨性、耐疲劳性、抗蚀性冷、热挤压模等喷丸处理喷丸处理硬度、强度、耐磨性、耐疲劳性、抗蚀性热挤压模、冲头

6、针尖模具表面强化处理技术的作用及应用模具表面强化处理技术的作用及应用表表表表7-1 7-1 模具表面强化处理技术的作用及应用（续表）模具表面强化处理技术的作用及应用（续表）模具表面强化处理技术的作用及应用（续表）模具表面强化处理技术的作用及应用（续表）5表表表表7-2 7-2 各种表面强化处理方法的比较各种表面强化处理方法的比较各种表面强化处理方法的比较各种表面强化处理方法的比较表面处理方法表面处理方法耐蚀耐蚀耐磨耐磨装饰装饰抗氧化抗氧化物理物理方法方法淬火（高频、电解液、火焰）淬火（高频、电解液、火焰）加工硬化（喷丸）加工硬化（喷丸）化化学学方方法法渗碳、渗氮渗碳、渗氮渗硼渗硼渗硫渗硫渗金属

7、渗金属涂涂覆覆法法热浸镀热浸镀喷镀喷镀熔盐浸镀熔盐浸镀物理气相沉积（物理气相沉积（PVD）化学气相沉积（化学气相沉积（CVD）电镀电镀化学镀化学镀阳极氧化阳极氧化电化学处理电化学处理注：有效；一定条件下有效；无效。模具表面强化处理技术的作用及应用模具表面强化处理技术的作用及应用6表表表表7-3 7-3 常用化学热处理方法及作用常用化学热处理方法及作用常用化学热处理方法及作用常用化学热处理方法及作用方法方法方法方法渗入元素渗入元素渗入元素渗入元素对模具的作用对模具的作用对模具的作用对模具的作用渗碳渗碳C表面硬度、耐磨性、疲劳强度渗氮渗氮N表面硬度、耐磨性、疲劳强度、耐蚀性碳氮（氮碳）共渗碳氮（氮

8、碳）共渗C、N表面硬度、耐磨性、疲劳强度渗硫渗硫S减磨减磨，抗咬合性能硫氮共渗硫氮共渗S、N减磨减磨，抗咬合性能、耐磨性、疲劳强度硫碳氮共渗硫碳氮共渗S、C、N减磨减磨，抗咬合性能、耐磨性、疲劳强度渗铝渗铝Al抗氧化、抗含硫介质腐蚀能力渗铬渗铬Cr抗氧化、抗腐蚀能力、耐磨性渗硼渗硼B表面硬度、耐磨性、耐蚀性渗硅渗硅Si抗腐蚀能力渗锌渗锌Zn抗大气腐蚀能力常用化学热处理方法及其作用常用化学热处理方法及其作用101.1.何谓渗碳？何谓渗碳？何谓渗碳？何谓渗碳？将低低低低碳碳碳碳钢钢钢钢、低低低低碳碳碳碳合合合合金金金金钢钢钢钢零件置于增增增增碳碳碳碳的的的的活活活活性性性性介介介介质质质质（渗碳剂

9、）中加热到900950900950（常用930930），在高温下通过反应分解出的活活活活性性性性C C原原原原子子子子渗渗渗渗入入入入零零零零件件件件表表表表面面面面的的的的奥奥奥奥氏氏氏氏体体体体中，并通过扩散形成一定厚度的渗渗渗渗碳碳碳碳层层层层，随后的淬淬淬淬火火火火、低低低低温温温温回回回回火火火火使零件的表层和心部具有不同的成分、组织和性能。7.1.1 渗碳渗碳11气气气气体体体体渗渗渗渗碳碳碳碳（主要用于承受大冲击、高强度、硬度5862HRC的小型模具）固体渗碳液体渗碳真空渗碳真空渗碳真空渗碳真空渗碳可控气氛渗碳可控气氛渗碳可控气氛渗碳可控气氛渗碳等离子渗碳等离子渗碳等离子渗碳等离

10、子渗碳碳化物弥散析出渗碳（碳化物弥散析出渗碳（碳化物弥散析出渗碳（碳化物弥散析出渗碳（TDTD法）法）法）法）2.2.渗碳方法渗碳方法渗碳方法渗碳方法7.1.1 渗碳渗碳12u特点：操作简便，周期短，质量易于控制，劳动条件好。u渗剂：气体碳氢化合物（CO、CH4等），或者有机液体（煤油、丙酮、甲苯、甲醇等）。u分类：滴注式气体渗碳滴注式气体渗碳滴注式气体渗碳滴注式气体渗碳（应用最广应用最广应用最广应用最广）、吸热式气氛渗碳等。u渗碳过程：排气、强烈渗碳、扩散、降温。例：例：例：例：20Cr、20CrMnTi等钢制模具零件的井式气体渗碳工艺井式气体渗碳工艺井式气体渗碳工艺井式气体渗碳工艺井式气体

11、渗碳工艺7.1.1 渗碳渗碳3.3.气体渗碳气体渗碳气体渗碳气体渗碳13零件表面的强度、硬度和耐磨性零件心部的强度和韧性细化晶粒消除网状碳化物，残余奥氏体A消除内应力，稳定尺寸u模具零件渗碳后，表层高碳，心部低碳。为了获得理想的性能，渗碳后需进行热处理，即：淬火淬火淬火淬火+回火回火回火回火。uu渗碳后热处理的目的渗碳后热处理的目的渗碳后热处理的目的渗碳后热处理的目的：7.1.1 渗碳渗碳4.4.渗碳后的热处理渗碳后的热处理渗碳后的热处理渗碳后的热处理147.1.1 渗碳渗碳4.4.渗碳后的热处理渗碳后的热处理渗碳后的热处理渗碳后的热处理(1)(1)直接淬火直接淬火直接淬火直接淬火工艺特点工艺

12、特点工艺特点工艺特点：渗碳后预冷至760850后直接淬火。应应应应用用用用：适合本本本本质质质质细细细细晶晶晶晶粒粒粒粒钢钢钢钢零件或对对对对基基基基体体体体组组组组织织织织性性性性能能能能要要要要求求求求不不不不高高高高的零件。优优优优点点点点：加热和冷却次数，简化工艺，生产效率，从而淬火变形及表面氧化脱碳倾向，且渗层中残余奥氏体A数量有所，表面硬度略有。缺缺缺缺点点点点：渗碳温度高，奥氏体晶粒粗大，淬火后残余奥氏体A较多，零件性能。157.1.1 渗碳渗碳4.4.渗碳后的热处理渗碳后的热处理渗碳后的热处理渗碳后的热处理(2)(2)一次淬火一次淬火一次淬火一次淬火工工工工艺艺艺艺特特特特点点

13、点点：渗碳后先空冷或降至860880出炉空冷，再重新加热淬火。心部强度要求较高心部强度要求较高心部强度要求较高心部强度要求较高：Ac3+3050加热淬火，心部获得低碳马氏体表面硬度要求高表面硬度要求高表面硬度要求高表面硬度要求高：略高于Ac1加热淬火，细化表层晶粒 缺缺缺缺点点点点：AcAc3 3+3050+3050加加加加热热热热淬淬淬淬火火火火，对于C含量处于过共析的渗层，会使共析碳化物溶入奥氏体中，导致淬火后残余奥氏体数量，耐磨性；略高于略高于略高于略高于AcAc1 1以上加热淬火以上加热淬火以上加热淬火以上加热淬火，心部出现较多先共析铁素体。应应应应用用用用：适合固固固固体体体体渗渗渗

14、渗碳碳碳碳后后后后的的的的碳碳碳碳钢钢钢钢和和和和低低低低合合合合金金金金钢钢钢钢，气气气气体体体体、液液液液体体体体渗渗渗渗碳碳碳碳的的的的粗粗粗粗晶粒钢晶粒钢晶粒钢晶粒钢，及渗碳渗碳渗碳渗碳后不宜直接淬火的后不宜直接淬火的后不宜直接淬火的后不宜直接淬火的零件或需零件或需零件或需零件或需机加工机加工机加工机加工的零件。167.1.1 渗碳渗碳4.4.渗碳后的热处理渗碳后的热处理渗碳后的热处理渗碳后的热处理(3)(3)两次淬火两次淬火两次淬火两次淬火工艺特点工艺特点工艺特点工艺特点：渗碳后先以适当方式进行冷却，再进行两次淬火。第第第第一一一一次次次次淬淬淬淬火火火火：880900（碳钢）或85

15、0870（合金钢）加热，细细细细化化化化心部组织，消除网状碳化物心部组织，消除网状碳化物心部组织，消除网状碳化物心部组织，消除网状碳化物。第第第第二二二二次次次次淬淬淬淬火火火火：770830加热，使使使使表表表表层层层层得得得得到到到到细细细细针针针针状状状状马马马马氏氏氏氏体体体体和和和和呈呈呈呈小小小小颗颗颗颗粒粒粒粒状状状状分布的分布的分布的分布的FeFe3 3C CIIII，渗层中残余奥氏体数量渗层中残余奥氏体数量渗层中残余奥氏体数量渗层中残余奥氏体数量。特特特特点点点点：能获得较高的表面硬度和强韧性好的心部组织。但工艺复杂，周期长，并使零件变形和氧化脱碳程度。应应应应用用用用：仅用

16、于对表面耐磨性、疲劳强度和心部等韧性要求较高的重载荷模具零件重载荷模具零件重载荷模具零件重载荷模具零件。17u指将渗渗渗渗氮氮氮氮钢钢钢钢零件置于渗渗渗渗氮氮氮氮剂剂剂剂中，加加加加热热热热到一定温度（一般低低低低于于于于渗渗渗渗氮氮氮氮钢钢钢钢调调调调质质质质处处处处理理理理的的的的回回回回火火火火温温温温度度度度，为500570500570）保温一段时间，使N原子渗入零件表面形成一定厚度的渗氮层，以零零零零件件件件的的的的表表表表面面面面硬硬硬硬度、耐磨性、疲劳强度和耐蚀性度、耐磨性、疲劳强度和耐蚀性度、耐磨性、疲劳强度和耐蚀性度、耐磨性、疲劳强度和耐蚀性的工艺。uu常常常常用用用用渗渗渗

17、渗氮氮氮氮模模模模具具具具钢钢钢钢：38CrMoAl、Cr12、Cr12MoV、3Cr2W8V、5CrNiMo、4Cr5MoSiV等；渗渗渗渗氮氮氮氮前前前前一一一一般般般般需需需需调调调调质质质质处处处处理理理理，以保证模具的整体性能。7.1.2 渗氮渗氮1.1.何谓渗氮？何谓渗氮？何谓渗氮？何谓渗氮？18气体渗氮（常用气体渗氮（常用气体渗氮（常用气体渗氮（常用，通常在井式炉内进行）固体渗氮液体渗氮离子渗氮（常用）离子渗氮（常用）离子渗氮（常用）离子渗氮（常用）真空渗氮真空渗氮真空渗氮真空渗氮电解催渗氮电解催渗氮电解催渗氮电解催渗氮7.1.2 渗氮渗氮2.2.渗氮方法渗氮方法渗氮方法渗氮方法

18、uu特特特特点点点点：周期长，效率低，费用高，对材料要求严格（为了获得好的渗氮效果，必须选选选选择择择择含含含含AlAl、CrCr、MoMo等等等等元元元元素素素素的的的的钢钢钢钢，使渗氮后形成氮化物AlN、CrN和Mo2N，耐磨性）。uu渗剂渗剂渗剂渗剂：一般采用脱水氨气脱水氨气脱水氨气脱水氨气。uu渗氮方法渗氮方法渗氮方法渗氮方法：一段式（常温）渗氮、二段式渗氮、三段式渗氮。197.1.2 渗氮渗氮3.3.气体渗氮气体渗氮气体渗氮气体渗氮(1)(1)一段式（等温）渗氮一段式（等温）渗氮一段式（等温）渗氮一段式（等温）渗氮工工工工艺艺艺艺特特特特点点点点：渗氮温度（450530）、氨分解率保

19、持不变；渗氮结束前24h，渗氮温度和氨分解率进行退氮处理退氮处理退氮处理退氮处理，渗层脆性渗层脆性渗层脆性渗层脆性。特特特特点点点点：工艺简单，渗氮温度较低、渗层浅、零件变形小、表面硬度高，但渗氮速度慢，渗氮周期长。应应应应用用用用：适合要求高高高高硬硬硬硬度度度度、低低低低变变变变形形形形的的的的浅浅浅浅层层层层渗渗渗渗氮氮氮氮，渗层氮含量分布变化明显。38CrMoAlA38CrMoAlA钢一段式渗氮工艺钢一段式渗氮工艺钢一段式渗氮工艺钢一段式渗氮工艺207.1.2 渗氮渗氮3.3.气体渗氮气体渗氮气体渗氮气体渗氮(2)(2)二段式渗氮二段式渗氮二段式渗氮二段式渗氮工艺特点工艺特点工艺特点工

20、艺特点：特特特特点点点点：与等温渗氮相比，生产周期短，但零件变形略有增加，硬度梯度平缓，表面硬度相对较低。应用应用应用应用：适用于渗氮层较深、批量较大渗氮层较深、批量较大渗氮层较深、批量较大渗氮层较深、批量较大的零件。第第第第一一一一阶阶阶阶段段段段渗渗渗渗氮氮氮氮：除保温时间外，其它工艺参数与等温渗氮相同，即渗氮温度、氨分解率较低，使零件表层先形成弥散度高的高硬度合金氮化物层。38CrMoAlA38CrMoAlA钢二段式渗氮工艺钢二段式渗氮工艺钢二段式渗氮工艺钢二段式渗氮工艺第第第第二二二二阶阶阶阶段段段段渗渗渗渗氮氮氮氮：渗氮温度、氨分解率，加快氮原子的扩散，以渗氮周期。退氮处理退氮处理退

21、氮处理退氮处理：渗氮结束前2h，渗氮温度和氨分解率进行退氮处理。217.1.2 渗氮渗氮3.3.气体渗氮气体渗氮气体渗氮气体渗氮(3)(3)三段式渗氮三段式渗氮三段式渗氮三段式渗氮工艺特点工艺特点工艺特点工艺特点特特特特点点点点：进一步渗氮速度，但硬度比一般渗氮工艺低，脆性、变形比一般渗氮工艺略大。第一阶段第一阶段第一阶段第一阶段：低温渗氮低温渗氮低温渗氮低温渗氮，低的渗氮温度、氨分解率。第二阶段第二阶段第二阶段第二阶段：高温渗氮高温渗氮高温渗氮高温渗氮，渗氮温度和氨分解率，加快渗氮过程。38CrMoAlA38CrMoAlA钢三段式渗氮工艺钢三段式渗氮工艺钢三段式渗氮工艺钢三段式渗氮工艺第第第

22、第三三三三阶阶阶阶段段段段：低低低低温温温温渗渗渗渗氮氮氮氮，适当氨分解率，以模具表层的高氮脆性，或采取与第一阶段相同的氨分解率，以补充因第二阶段氮原子扩散快而使表面氮浓度过低，保证表面N含量以提高表面硬度。在二段式渗氮基础上发展起来的22表表表表7-4 7-4 部分模具钢的气体渗氮工艺规范部分模具钢的气体渗氮工艺规范部分模具钢的气体渗氮工艺规范部分模具钢的气体渗氮工艺规范牌号牌号渗氮渗氮方法方法渗氮工艺规范渗氮工艺规范渗氮层深度渗氮层深度/mm表面硬度表面硬度阶段阶段 渗氮温度渗氮温度/时间时间/h 氨分解率氨分解率/%30CrMnSiAl一段渗氮495505253020300.20.358

23、HRCCr12MoV 二段渗氮III4805301825142736600.2720860HV40Cr一段渗氮4902415350.20.3600HV二段渗氮III470490490510201520203050600.30.5600HV三段渗氮IIIIII47048051052055056010252152530501000.200.28480HV4Cr5MoV1Si 一段渗氮5305501230600.150.2760800HV7.1.2 渗氮渗氮3.3.气体渗氮气体渗氮气体渗氮气体渗氮237.1.2 渗氮渗氮4.4.离子渗氮离子渗氮离子渗氮离子渗氮（又称辉光离子渗氮辉光离子渗氮辉光离子渗

24、氮辉光离子渗氮）u在一定真空度下，利利利利用用用用零零零零件件件件（阴阴阴阴极极极极）与与与与阳阳阳阳极极极极间间间间产产产产生生生生的辉辉辉辉光光光光放放放放电电电电现象进行的。通入一定的直流电，氨气被电离形成氮离子、氢离子和电子，这时零件表面形成一层辉光，具有高能量的氮离子以很大速度轰击零件表面，将动能转换成热能，使零零零零件件件件表表表表面面面面升升升升高高高高到到到到450600450600；同时，氮离子在阴极即零件上获得电子后，还原成为氮原子而渗入零件表面，并向内部扩散而形成渗氮层。uu渗剂渗剂渗剂渗剂：一般采用脱水氨气。(1)(1)原理原理原理原理247.1.2 渗氮渗氮4.4.离

25、子渗氮离子渗氮离子渗氮离子渗氮(2)(2)特点与应用特点与应用特点与应用特点与应用优优优优点点点点：渗氮速度快（获得同样深度渗层只需气体渗氮时间的1/21/4），周期短；渗层质量高，韧性最好，且变形小，对材料适用性强。缺点缺点缺点缺点：成本高。应应应应用用用用：广泛用于钢制热热热热锻锻锻锻模模模模、冷冷冷冷挤挤挤挤压压压压模模模模、压压压压铸铸铸铸模模模模、冷冷冷冷冲冲冲冲模模模模等的渗氮处理，模具使用寿命显著。25真空度真空度：一般1.3313.3Pa电流密度电流密度：0.55mA/cm2辉光电压辉光电压：加热阶段550750V，保温阶段550650V渗氮温度渗氮温度：一般450600阴极阴

26、极（零件）与阳极间的距离与阳极间的距离：一般3070mm渗氮时间渗氮时间：根据模具材料、渗氮层厚度和硬度选择7.1.2 渗氮渗氮4.4.离子渗氮离子渗氮离子渗氮离子渗氮(3)(3)主要工艺参数主要工艺参数主要工艺参数主要工艺参数26中温气体碳氮共渗中温气体碳氮共渗中温气体碳氮共渗中温气体碳氮共渗所用钢种所用钢种所用钢种所用钢种：多为低碳/中碳的碳钢、合金钢 渗剂渗剂渗剂渗剂：煤油（或甲苯、丙醇等）+氨气 共渗温度共渗温度共渗温度共渗温度：820860特点特点特点特点：同时向钢制模具零件中渗入碳、氮原子，但以渗碳为主。碳氮共渗温度碳氮共渗温度碳氮共渗温度碳氮共渗温度：低温500600、中温700

27、880、高温900950碳氮共渗方法碳氮共渗方法碳氮共渗方法碳氮共渗方法：气体法气体法气体法气体法（生产中常用）、液体法7.1.3 碳氮共渗、氮碳共渗碳氮共渗、氮碳共渗1.1.碳氮共渗碳氮共渗碳氮共渗碳氮共渗 共渗的碳、氮量共渗的碳、氮量共渗的碳、氮量共渗的碳、氮量：主要取决于共渗温度共渗温度越高，共渗层中碳含量越高、氮含量越低 越低，共渗层中碳含量越低。27u共渗层的力学性能综合了渗碳层、渗氮层的优点优点优点优点。u碳氮共渗使共渗层的奥氏体相变温度。u氮的渗入共渗层奥氏体的稳定性、渗层的淬透性，共渗后除可在冷却速度较慢的介质中淬火以变形外，还可用碳素钢代替低合金钢制造某些模具。u气体碳氮共渗

28、速度 单独渗碳或渗氮速度，生产周期。7.1.3 碳氮共渗、氮碳共渗碳氮共渗、氮碳共渗1.1.碳氮共渗碳氮共渗碳氮共渗碳氮共渗气体碳氮共渗的优点气体碳氮共渗的优点气体碳氮共渗的优点气体碳氮共渗的优点28表表表表7-5 7-5 切边模的碳氮共渗处理及平均寿命切边模的碳氮共渗处理及平均寿命切边模的碳氮共渗处理及平均寿命切边模的碳氮共渗处理及平均寿命零件零件材料材料热处理工艺热处理工艺渗层深度渗层深度/mm表面硬度表面硬度平均寿命平均寿命/件件失效形式失效形式HRCHV9SiCr870淬火，淬火，280回火回火58595000刃口磨损三次循环加热淬火三次循环加热淬火6010000刃口磨损Cr12MoV

29、970淬火，淬火，240回火回火58597500刃口磨损1050淬火，淬火，560渗氮渗氮3h，180回火回火3h0.100.12103716000刃口崩刃800碳氮共渗碳氮共渗4h，淬火，淬火，180回火回火23h0.500.6094116500刃口磨损45820碳氮共渗碳氮共渗4h，淬火，淬火，180回火回火23h0.650.7092716000刃口磨损少数崩刃850碳氮共渗碳氮共渗4h，淬火，淬火，180回火回火23h0.951.088212000刃口崩块580碳氮共渗碳氮共渗2h，900渗硼渗硼4h，180回回火火23h0.090.114534400刃口塌陷7.1.3 碳氮共渗、氮碳共

30、渗碳氮共渗、氮碳共渗1.1.碳氮共渗碳氮共渗碳氮共渗碳氮共渗29特点特点特点特点：同时向钢制模具零件中渗入碳、氮原子，但以渗氮为主。氮碳共渗温度氮碳共渗温度氮碳共渗温度氮碳共渗温度：常用560570氮碳共渗方法氮碳共渗方法氮碳共渗方法氮碳共渗方法：气体法（生产中常用）、液体法、固体法7.1.3 碳氮共渗、氮碳共渗碳氮共渗、氮碳共渗2.2.氮碳共渗氮碳共渗氮碳共渗氮碳共渗u渗入温度低，时间短，零件变形小。uu不不不不受受受受钢钢钢钢种种种种限限限限制制制制，碳钢、低碳合金钢、工具钢及不锈钢等材料均可进行低温气体氮碳共渗。u能显著零件的疲劳极限、耐磨性和耐蚀性，且共渗层有一定韧性，不易剥落。u应用

31、：广泛用于压压压压铸铸铸铸模模模模、锤锤锤锤锻锻锻锻模模模模、热热热热挤挤挤挤压压压压模模模模、冲冲冲冲压压压压模模模模、塑塑塑塑料料料料模模模模等的表面强化处理，但由于共渗层中化合物层较薄（0.01 0.02mm）、共渗层硬度梯度较陡，不适合在重载工况下使用不适合在重载工况下使用不适合在重载工况下使用不适合在重载工况下使用。与气体渗氮相比，气体氮碳共渗的优点与气体渗氮相比，气体氮碳共渗的优点与气体渗氮相比，气体氮碳共渗的优点与气体渗氮相比，气体氮碳共渗的优点30模具名称模具名称模具名称模具名称模具材料模具材料模具材料模具材料原工艺及模具寿命原工艺及模具寿命原工艺及模具寿命原工艺及模具寿命气体

32、氮碳共渗工艺及模具寿命气体氮碳共渗工艺及模具寿命气体氮碳共渗工艺及模具寿命气体氮碳共渗工艺及模具寿命复式落料模复式落料模CrWMn淬火+回火甲酰胺气体氮碳共渗，寿命提高10倍靠模靠模20Cr渗碳+淬火+回火甲酰胺气体氮碳共渗，寿命提高3倍流量计塑料模流量计塑料模T10不热处理尿素气体氮碳共渗，变形小，耐磨性好M30螺栓冷镦模螺栓冷镦模Cr12MoV淬火+回火，0.20.3万件尿素气体氮碳共渗，2万件以上活塞销冷挤压模活塞销冷挤压模W6Mo5Cr4V21190淬火+560回火，0.2万件甲酰胺气体氮碳共渗，2万件以上缝纫机梭架冷挤压模缝纫机梭架冷挤压模 65Nb淬火+回火，0.130.71万件甲

33、酰胺气体氮碳共渗，2.5万件以上冷打花键滚轧模冷打花键滚轧模W18Cr4V淬火+回火，250m/只甲酰胺气体氮碳共渗，2000m/只气门嘴铜热挤压模气门嘴铜热挤压模3Cr2W8淬火+回火，1万件尿素气体氮碳共渗，2.02.6万件铝合金压铸模铝合金压铸模3Cr2W8液体氮碳共渗，3万件尿素气体氮碳共渗，5万件缝纫机曲柄热锻模缝纫机曲柄热锻模3Cr2W8淬火+回火，0.5万件尿素气体氮碳共渗，1万件六角呆扳手热锻模六角呆扳手热锻模3Cr2W8淬火+回火，0.5万件尿素气体氮碳共渗，1.5万件表表表表7-6 7-6 气体氮碳共渗应用实例气体氮碳共渗应用实例气体氮碳共渗应用实例气体氮碳共渗应用实例7.

34、1.3 碳氮共渗、氮碳共渗碳氮共渗、氮碳共渗2.2.氮碳共渗氮碳共渗氮碳共渗氮碳共渗31u渗硼层硬度高（13002000HV）和耐磨性好，热稳定性和耐蚀性也好，但脆性大，淬火时易产生裂纹脆性大，淬火时易产生裂纹脆性大，淬火时易产生裂纹脆性大，淬火时易产生裂纹；uu几几几几乎乎乎乎所所所所有有有有的的的的钢钢钢钢铁铁铁铁材材材材料料料料均均均均可可可可渗渗渗渗硼硼硼硼，硬硬硬硬质质质质合合合合金金金金、有有有有色色色色金金金金属属属属也也也也可可可可渗渗渗渗硼硼硼硼。渗硼是提高模具寿命的主要表面强化技术之一渗硼是提高模具寿命的主要表面强化技术之一渗硼是提高模具寿命的主要表面强化技术之一渗硼是提高

35、模具寿命的主要表面强化技术之一。uu渗渗渗渗硼硼硼硼后后后后的的的的热热热热处处处处理理理理：常常进行调调调调质质质质处处处处理理理理，使模具零件基体获获获获得得得得足足足足够够够够的的的的强强强强韧韧韧韧性性性性。淬火、加热温度、保温时间、冷却介质选择，根据零件材料和性能要求进行决定。u应用：广泛用于各种模具。7.1.4 渗硼渗硼1.1.特点与应用特点与应用特点与应用特点与应用32粉粉粉粉末末末末渗渗渗渗硼硼硼硼：800950渗硼26h；设备简单，操作方便，零件表面易清洗，应用较广。膏膏膏膏剂剂剂剂渗渗渗渗硼硼硼硼：在粉末渗硼基础上发展起来的，将渗硼剂粉末与黏结剂调制成膏剂涂覆于零件表面，加

36、热保温，保保保保持持持持了了了了固固固固体体体体渗渗渗渗硼硼硼硼的的的的优优优优点，又可点，又可点，又可点，又可渗剂消耗量，且易于局部渗硼渗剂消耗量，且易于局部渗硼渗剂消耗量，且易于局部渗硼渗剂消耗量，且易于局部渗硼，特别适合模具渗硼特别适合模具渗硼特别适合模具渗硼特别适合模具渗硼。盐盐盐盐浴浴浴浴渗渗渗渗硼硼硼硼：9501000渗硼6h；设备简单，操作方便，但零件表面沾盐后不易清洗，带有小孔或不通孔的零件不宜盐浴渗硼。电解盐浴渗硼电解盐浴渗硼电解盐浴渗硼电解盐浴渗硼：常用于工模具和要求耐磨性、耐蚀性高的零件。气体渗硼气体渗硼气体渗硼气体渗硼：生产中较少使用。7.1.4 渗硼渗硼2.2.渗硼方

37、法渗硼方法渗硼方法渗硼方法33表表表表7-7 7-7 部分模具渗硼的强化效果部分模具渗硼的强化效果部分模具渗硼的强化效果部分模具渗硼的强化效果模具名称模具名称材料材料淬火、回火态寿命淬火、回火态寿命渗硼态寿命渗硼态寿命冷冲裁模冷冲裁模CrWMn0.5万件1万件热挤压模热挤压模30Cr3W5V100h261h热锻模热锻模5CrNiMo0.5万件1万件热锻用冲头热锻用冲头55Ni2CrMnMo 100h240h连杆热成型模连杆热成型模5CrMnMo2万件6万件冷镦六方螺母凹模冷镦六方螺母凹模Cr12MoV0.5万件6万件冷轧顶头凸模冷轧顶头凸模65Mn0.4万件2万件7.1.4 渗硼渗硼3.3.应

38、用实例应用实例应用实例应用实例341.1.渗硫渗硫渗硫渗硫uu特点特点特点特点：减摩，耐磨性好，抗咬合性高，抗擦伤力强。uu渗硫方法渗硫方法渗硫方法渗硫方法：熔盐渗硫（生产中常用）、气体渗硫u模具淬火淬火淬火淬火后进行低温盐浴电解渗硫低温盐浴电解渗硫低温盐浴电解渗硫低温盐浴电解渗硫，仍保持高硬度，且变形较小。2.2.硫氮共渗硫氮共渗硫氮共渗硫氮共渗uu特特特特点点点点：表层组织为多层结构，最表层为硫化层（硬度低）、次表层为氮化物层（硬度高）、里层为扩散层，减磨，并提高模具钢表面的耐磨性、抗咬合性、抗擦伤力。uu共渗工艺：共渗工艺：共渗工艺：共渗工艺：共渗温度：540560 渗剂：氨（3050v

39、ol%）、硫化氢（0.02vol%）共渗时间：13h7.1.5 渗硫、硫氮共渗渗硫、硫氮共渗351.1.特点与应用特点与应用特点与应用特点与应用7.1.5 渗金属渗金属uu渗入的金属元素渗入的金属元素渗入的金属元素渗入的金属元素：多为CrCr、V V、TiTi、NbNb、TaTa等碳化物形成元素碳化物形成元素碳化物形成元素碳化物形成元素。uu适适适适合合合合钢钢钢钢种种种种：高高高高碳碳碳碳钢钢钢钢（C含量0.45%）。高碳钢零件加热到适当温度时，表层中C与渗入碳化物形成元素反应生成合金碳化物渗层，如(Cr,Fe)7C3、VC、TiC、NbC、TaC等，使零件具有某些特殊的性能，以零件使用寿命

40、。uu模具模具模具模具零件渗零件渗零件渗零件渗金属金属金属金属：常用渗铬渗铬渗铬渗铬 耐磨性、耐蚀性、抗氧化性 渗钒渗钒渗钒渗钒 耐磨性、耐蚀性uu渗金属的方法渗金属的方法渗金属的方法渗金属的方法：直接直接直接直接扩散法扩散法扩散法扩散法 与渗碳、渗氮等工艺一样 覆层覆层覆层覆层扩散法扩散法扩散法扩散法 包括：电镀、喷镀、热浸镀等36uu渗剂渗剂渗剂渗剂：硼砂为硼砂为硼砂为硼砂为载体的载体的载体的载体的特种特种特种特种熔盐熔盐熔盐熔盐介质介质介质介质uu工工工工 艺艺艺艺：将 含 有 欲 渗 金 属 元 素 的 硼 砂 加 热 至 处 理 温 度（8001200），然后将零件浸入熔融硼砂介质中

41、（保温时间110h），使欲渗元素原子向零件表面扩散并与零件基体中碳原子反应形成金属碳化物渗层。又称反应浸镀法反应浸镀法反应浸镀法反应浸镀法uu后处理后处理后处理后处理：TD法表面处理零件需根据要求油淬或熔盐中淬火。7.1.5 渗金属渗金属2.TD2.TD法法法法（热扩散覆层处理热扩散覆层处理热扩散覆层处理热扩散覆层处理，Thermal Diffusion Coating Process）37设备简单，操作方便，生产能力高，生产成本低。不论模具形状如何复杂，都能形成均匀的碳化物覆层。处理前、后零件的表面粗糙度大致相同。熔盐的使用寿命长。碳化物渗层磨损后可重新处理，不需清除残留的碳化物，不影响与基

42、体的结合力。母材钢种较广，且可通过淬火使基体发生强化。7.1.5 渗金属渗金属2.TD2.TD法法法法优点：优点：优点：优点：38处理温度高，渗层会引起零件尺寸胀大，对高精度模具应采取措施，预防变形。处理前，模具必须加工至要求的表面粗糙度，以保证处理后表面质量。载荷过大时，模具发生塑性变形，碳化物渗层中易萌生裂纹。薄刃模具的薄刃处供碳不足，难以形成厚的碳化物渗层。在不影响钢的韧性和其它性能的条件下，应合理选择钢材，以保证钢基体能提供足够的碳，形成碳化物渗层。在500以上氧化性气氛中长期使用时，VC、NbC等碳化物渗层易氧化，影响模具的性能。7.1.5 渗金属渗金属2.TD2.TD法法法法缺点：

43、缺点：缺点：缺点：397.1 7.1 模具表面化学热处理技术模具表面化学热处理技术模具表面化学热处理技术模具表面化学热处理技术7.2 7.2 模具表面的涂镀技术模具表面的涂镀技术模具表面的涂镀技术模具表面的涂镀技术7.3 7.3 模具表面气相沉积技术模具表面气相沉积技术模具表面气相沉积技术模具表面气相沉积技术7.4 7.4 模具表面高能束强化技术模具表面高能束强化技术模具表面高能束强化技术模具表面高能束强化技术主要内容主要内容主要内容直流电源的负极与导电模具零件连接作为电镀的阴极。在直直直直流流流流电电电电作用下，电镀液中的金属离子还原沉积在模具零件（阴极）表面，形成具有一定性能的金属镀层。电

44、镀的原理示意图电镀的原理示意图电镀的原理示意图电镀的原理示意图7.2.1 电镀电镀磨光抛光脱脂水洗去锈水洗电镀酸洗碱洗清洗出槽1.1.原理原理原理原理2.2.基本工艺流程基本工艺流程基本工艺流程基本工艺流程417.2.1 电镀电镀电电电电镀镀镀镀液液液液pHpH值值值值：影响氢的放电电位、碱性夹杂物的沉淀或水化物的组成以及添加剂吸附程度。太高或太低的pH值均不利于电镀，必须通过实验测定。电电电电流流流流参参参参数数数数：电流密度太低时，镀层晶粒粗大，而太高时，易形成结瘤和树枝状结晶，甚至烧焦。电流密度大小与电镀液的组成、主盐浓度等密切相关。添添添添加加加加剂剂剂剂（包括光亮剂、整平剂、润湿剂等

45、）：改善电镀液性能，电镀层质量，如：细化晶粒、光亮镀层、整平作用、润湿作用、镀层硬度、镀层应力等。3.3.影响电镀质量的主要因素影响电镀质量的主要因素影响电镀质量的主要因素影响电镀质量的主要因素42uu导导导导电电电电模模模模具具具具零零零零件件件件：与直流电源负极与连接作为电刷镀的阴极。uu镀镀镀镀笔笔笔笔：由由由由高高高高纯纯纯纯度度度度细细细细结结结结构构构构的的的的石石石石墨墨墨墨电电电电极极极极及及及及前前前前端端端端包包包包裹裹裹裹的的的的涤涤涤涤棉棉棉棉套套套套组组组组成成成成，与直流电源正极连接作为电刷镀的阳极。电刷镀的原理示意图电刷镀的原理示意图电刷镀的原理示意图电刷镀的原理

46、示意图7.2.2 电刷镀电刷镀1.1.原理原理原理原理（与普通电镀相同）u施镀时，阳极镀镀镀镀笔笔笔笔前前前前端端端端的的的的涤涤涤涤棉棉棉棉套套套套接接接接触触触触模模模模具具具具零零零零件件件件表表表表面面面面需需需需镀镀镀镀覆覆覆覆部部部部位位位位并并并并沿沿沿沿其其其其作滑动作滑动作滑动作滑动，镀液不断添加至涤棉套与模具零件表面之间，镀镀镀镀液液液液中中中中的的的的金金金金属属属属离离离离子子子子在在在在电电电电场场场场作作作作用用用用下下下下向向向向零零零零件件件件表表表表面面面面迁移迁移迁移迁移，在零件表面还原成为金属原子还原成为金属原子还原成为金属原子还原成为金属原子，从而快速沉

47、积金属镀层。43工艺灵活，操作方便，不受镀件形状、尺寸、材质、位置的限制。工艺灵活，操作方便，不受镀件形状、尺寸、材质、位置的限制。工艺灵活，操作方便，不受镀件形状、尺寸、材质、位置的限制。工艺灵活，操作方便，不受镀件形状、尺寸、材质、位置的限制。uu复杂型面复杂型面复杂型面复杂型面：凡是镀笔能触及的部位均可施镀uu不可拆卸、搬动不可拆卸、搬动不可拆卸、搬动不可拆卸、搬动或难以入槽的大型零件大型零件大型零件大型零件：可在现场不解体施镀u小孔、深孔、沟槽等局局局局部部部部表表表表面面面面以及划痕、凹槽、磨损等局局局局部部部部表表表表面面面面缺缺缺缺陷处陷处陷处陷处：可施镀镀镀镀镀层层层层质质质质

48、量量量量高高高高。因镀笔在零件表面不断移动，沉积金属的结晶过程中不断受到中断放电和外力作用的干扰，可获得晶晶晶晶粒粒粒粒超超超超细细细细并并并并具具具具有有有有高高高高密密密密度度度度位位位位错错错错的的的的金金金金属属属属镀镀镀镀层层层层，这类镀层的硬硬硬硬度度度度、强强强强度度度度较较较较好好好好，且与零件基体的结合力强，表面光滑结合力强，表面光滑结合力强，表面光滑结合力强，表面光滑。7.2.2 电刷镀电刷镀2.2.工艺特点工艺特点工艺特点工艺特点44沉沉沉沉积积积积速速速速度度度度快快快快，生生生生产产产产效效效效率率率率高高高高。电刷镀的阴、阳极之间仅有涤棉套的阻隔，距离一般510mm

49、，金属离子的迁移距离短，可采用高浓度镀液、大电流密度施镀，而不会产生金属离子贫乏的现象。适适适适应应应应范范范范围围围围广广广广。一套电刷镀设备可采用多种镀液，刷镀各种单金属镀层和复合镀层，以满足各种不同的需要。7.2.2 电刷镀电刷镀2.2.工艺特点工艺特点工艺特点工艺特点45模具表面修复模具表面修复模具表面修复模具表面修复模具表面强化模具表面强化模具表面强化模具表面强化 模具表面改性模具表面改性模具表面改性模具表面改性 7.2.2 电刷镀电刷镀3.3.在模具中的应用在模具中的应用在模具中的应用在模具中的应用 例：灰铸铁制作的塑料盆注射模例：灰铸铁制作的塑料盆注射模例：灰铸铁制作的塑料盆注射

50、模例：灰铸铁制作的塑料盆注射模 l l未电刷镀未电刷镀未电刷镀未电刷镀：型腔表面硬度低（23HRC），磨损严重。l l电电电电刷刷刷刷镀镀镀镀：型腔表面镀碱碱碱碱铜铜铜铜过过过过渡渡渡渡层层层层+镀镀镀镀镍镍镍镍钴钴钴钴合合合合金金金金表表表表层层层层，硬度升至40HRC，表面粗糙度从Ra6.3um降至Ra0.8um，耐磨性2倍，且制品易脱模。例：热锻模型腔表面例：热锻模型腔表面例：热锻模型腔表面例：热锻模型腔表面 先电刷镀先电刷镀先电刷镀先电刷镀镀镀镀镀CoCo，再渗硼再渗硼再渗硼再渗硼 模具的冷热疲劳抗力显著467.2.3 化学镀化学镀1.1.原理原理原理原理 将模具零件置于镀液中，利用合