模具表面強化技術

模具表面強化技術第1頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五2模具表面處理技術表1模具表面處理技術的作用及應用處理工藝作用應用滲碳提高硬度(52～56HRC)、耐磨性、耐疲勞性擠壓模、穿孔工具等滲氮提高硬度、耐磨性、抗粘附性、熱硬性、耐疲勞性、抗蝕性(但周期長，表面有白色脆化層)擠壓模、冷擠模等離子滲碳可消除表面白色的脆化層，耐磨性、耐疲勞性和變形均優(yōu)于氮化擠壓模、擠壓工具等碳氮共滲相比滲碳和滲氮，具有更高的硬度、耐磨性、耐疲勞性、熱硬性、熱強性，生產(chǎn)周期短成型模、冷擠模、熱擠模和模架等氮碳共滲提高硬度、耐磨性、抗粘附性、抗蝕性、耐熱疲勞性冷擠模、拉深模、擠壓模穿孔針滲硼具有極好的表面硬度、耐磨性、抗粘附性、抗氧化性、熱硬性、良好的抗蝕性擠壓模、拉深模碳氮硼三元共滲提高硬度、強度、耐磨性、耐疲勞性、抗蝕性擠壓模、沖頭針尖鹽浴覆層(TD處理)提高硬度、耐磨性、耐熱疲勞性、抗蝕性、抗粘附性、抗氧化性擠壓模滲鉻提高硬度、耐磨性、抗蝕性、抗粘附性、抗氧化性擠壓模、拉深模鍍硬鉻降低表面粗糙度，提高表面硬度、耐疲勞性、抗蝕性擠壓模、拉深模等鈷基合金堆焊提高硬度、耐磨性、熱硬性擠壓模沖頭、芯桿針尖電火花表面強化提高硬度、強度、耐磨性、耐疲勞性、抗蝕性冷、熱擠壓模等噴丸處理提高硬度、強度、耐磨性、耐疲勞性、抗蝕性熱擠壓模、沖頭針尖第2頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五3表面化學熱處理技術一、滲碳(一)氣體滲碳氣體滲碳是將工件置于密閉的滲碳爐中加熱到900～950℃(常用930℃)，通入滲碳氣體(如煤氣、石油液化氣和丙烷等)或易分解的有機液體(如煤油、甲苯和甲醇等)，在高溫下通過反應分解出活性碳原子，活性碳原子滲入工件表面的高溫奧氏體中，并通過擴散形成一定厚度的滲碳層。第3頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五4一、滲碳(二)固體滲碳滴注式氣體滲碳爐工作示意固體滲碳裝箱示意第4頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五5二、滲氮(氮化)滲氮也稱為氮化，是指在一定溫度下使活性氮原子滲入工件表面的表面化學熱處理工藝。第5頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五6表面化學熱處理技術二、滲氮(氮化)氣體滲氮離子滲氮真空滲氮氮碳共滲電解催滲滲氮常用的滲氮方法第6頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五7表面化學熱處理技術二、滲氮(氮化)(一)氣體滲氮(1)經(jīng)過滲氮后鋼表面形成一層極硬的合金氮化物，滲氮層的硬度一般可達到68～72HRC，不需要再經(jīng)過淬火便具有很高的表面硬度和耐磨層，而且還可以保持到600～650℃而不明顯下降。(2)滲氮后鋼的疲勞極限可提高15%～35%。這是由于滲氮層的體積增大，使工件表面產(chǎn)生了殘余壓應力。(3)滲氮后的鋼具有很高的抗腐蝕能力。(4)滲氮處理后，工件的變形很小，適合精密模具的表面強化。第7頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五8表面化學熱處理技術二、滲氮(氮化)(一)氣體滲氮表2部分模具鋼的氣體滲氮工藝規(guī)范牌號處理方法滲氮工藝規(guī)范滲氮層深度/mm表面硬度階段滲氮溫度/℃時間/h氨分解率/%30CrMnSiA一段—500±525～3020～300.2～0.3>58HRCCr12MoV二段ⅠⅡ480530182514～2736～60≤0.2720～860HV40Cr一段4902415～350.2～0.3≥600HV二段ⅠⅡ480±10500±102015～2020～3050～600.3～0.5≥600HV4Cr5MoV1Si一段—530～5501230～600.15～0.2760～800HV第8頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五9表面化學熱處理技術二、滲氮(氮化)(二)離子滲氮離子滲氮有如下特點：(1)滲氮速度快，生產(chǎn)周期短。(2)滲氮層質(zhì)量高。(3)工件的變形小。(4)對材料的適應性強。第9頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五10表面化學熱處理技術二、滲氮(氮化)(二)離子滲氮表3部分模具鋼的離子滲氮工藝與使用效果模具名稱模具材料離子滲氮工藝使用效果沖頭W18Cr4V500～，6h提高2～4倍鋁壓鑄模3Cr2W8V500～，6h提高1～3倍熱鍛模5CrMnMo480～，6h提高3倍冷擠壓模W6Mo5Cr4V2500～，2h提高1.5倍壓延模Cr12MoV500～，2h提高5倍第10頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五11表面化學熱處理技術三、滲硫氣體滲硫熔鹽滲硫滲硫方法可按介質(zhì)的物理狀態(tài)第11頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五12表面化學熱處理技術四、碳氮共滲與氮碳共滲根據(jù)使用介質(zhì)物理狀況不同固體碳氮共滲氣體碳氮共滲液體碳氮共滲(一)碳氮共滲第12頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五13表面化學熱處理技術四、碳氮共滲與氮碳共滲根據(jù)共滲溫度的不同高溫(900～950℃)中溫(700～880℃)低溫(500～600℃)(一)碳氮共滲第13頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五14表面化學熱處理技術四、碳氮共滲與氮碳共滲氣體碳氮共滲的特點如下：(1)共滲層的力學性能綜合了滲碳和滲氮的優(yōu)點。(2)碳氮共滲使共滲層的奧氏體相溫度降低。(3)氮的滲入使共滲層的奧氏體的穩(wěn)定性提高，滲層的淬火性提高，這樣共滲后除可以用冷卻速度較緩慢的介質(zhì)進行淬火而減少變形外，還可以用較便宜的碳素鋼代替低合金鋼制造某些模具。(4)氣體碳氮共滲的速度大于單獨滲碳或滲氮的速度，縮短了生產(chǎn)周期。第14頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五15表面化學熱處理技術四、碳氮共滲與氮碳共滲(二)氮碳共滲(1)滲入溫度低，時間短，工件變形小。(2)不受鋼種限制，碳鋼、低碳合金鋼、工具鋼及不銹鋼等材料均可進行低溫氣體氮碳共滲。(3)能顯著提高工件的疲勞極限、耐磨性和耐蝕性。(4)共滲層硬而具有一定的韌性，不易剝落。氣體氮碳共滲所用的溫度常采用560～570℃，時間為2～3h。與氣體滲氮相比，低溫氣體氮碳共滲的特點有：第15頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五16表面化學熱處理技術五、滲硼滲硼的特點如下：(1)滲硼層的硬度很高。(3)熱硬性高。(2)耐蝕性高。(4)耐熱性高。第16頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五17表面化學熱處理技術五、滲硼滲硼的特點如下：滲硼的方法液體滲硼氣體滲硼固體滲硼第17頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五18表面化學熱處理技術五、滲硼表4部分模具滲硼的強化效果模具名稱鋼號淬火、回火態(tài)壽命滲硼態(tài)壽命冷沖裁模CrWMn0.5萬件1萬件熱擠壓模30Cr3W5V100h261h熱鍛模5CrNiMo0.5萬件1萬件熱鍛用沖頭55Ni2CrMnMo100h240h連桿熱成型模5CrMnMo2萬件6萬件冷鐓六方螺母凹模Cr12MoV0.5萬件6萬件冷軋頂頭凸模65Mn0.4萬件2萬件第18頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五19表面化學熱處理技術六、滲金屬滲鉻滲釩及TD法滲釩滲鈮第19頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五20涂鍍技術一、電鍍圖6-3電鍍裝置示意圖第20頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五21涂鍍技術一、電鍍電鍍基本工藝可以用流程表示為：磨光→拋光→脫脂→水洗→去銹→水洗→電鍍→酸洗→堿洗→清洗→出槽。第21頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五22涂鍍技術二、電刷鍍圖6-4電刷鍍工作原理示意圖第22頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五23涂鍍技術二、電刷鍍電刷鍍具有以下特點：(1)鍍層質(zhì)量高。(2)不受鍍件、模具形狀和大小的限制，設備簡單，工藝靈活，操作方便，可在現(xiàn)場作業(yè)。(3)可以進行槽鍍困難或?qū)崿F(xiàn)不了的局部電鍍。(5)操作安全，對環(huán)境污染小。(4)沉積速度快，生產(chǎn)率高。第23頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五24涂鍍技術三、化學鍍化學鍍是利用合適的還原劑，使溶液中的金屬離子在經(jīng)催化的表面上還原出金屬鍍層化學方法。第24頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五25涂鍍技術四、熱浸鍍熱浸鍍簡稱熱鍍，是將基體金屬浸在熔融狀態(tài)的另一種低熔點金屬中，在其金屬表面發(fā)生一系列物理和化學反應，形成一層保護膜的方法。第25頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五26涂鍍技術四、熱浸鍍保護氣法溶劑法根據(jù)熱浸鍍前處理的方法不同第26頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五27涂鍍技術四、熱浸鍍熱浸鍍工藝分鍍前表面處理、助鍍處理、熱浸鍍和鍍后處理4個基本工藝階段，主要工藝流程為：預鍍件堿洗→酸洗→水洗→稀鹽酸處理→水洗→溶劑處理→烘干→熱浸鍍→鍍后處理。其中，溶劑處理是該工藝的重要環(huán)節(jié)，是提高鍍層質(zhì)量、防止漏鍍的關鍵。第27頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五28其他表面處理技術一、熱噴涂熱噴涂工藝過程噴后處理噴涂噴涂前預處理第28頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五29其他表面處理技術一、熱噴涂電熱法燃氣法根據(jù)所用熱源的不同來分類激光熱源法氣體放電法第29頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五30其他表面處理技術一、熱噴涂熱噴涂技術具有如下特點：方法多樣。可噴涂材料極為廣泛。涂層廣泛。工件不受限制。第30頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五31其他表面處理技術一、熱噴涂熱噴涂技術具有如下特點：涂層厚度可以控制。工藝簡便且不受工件限制。第31頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五32其他表面處理技術二、激光表面處理激光表面處理的特點有：(2)能量利用率高，加熱極為迅速并靠自激冷冷卻。(1)能量集中，可對工件表面實行選擇性處理。第32頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五33其他表面處理技術二、激光表面處理激光表面處理的特點有：(4)利用高能束可以對材料的表面實現(xiàn)相變硬化、微晶化、沖擊加熱硬化、覆層鍍層合金化等多種表面改性處理，可產(chǎn)生用其他表面加熱處理淬火強化難以達到的表面成分、組織、性能的改變。(3)畸變極小，可大大減少后續(xù)加工工時。第33頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五34其他表面處理技術二、激光表面處理圖6-5激光表面處理裝置示意圖第34頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五35其他表面處理技術三、離子注入圖6-6離子注入裝置示意圖第35頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五36其他表面處理技術三、離子注入(1)離子注入是一個非熱平衡過程，注入離子的能量很高，可以高出熱平衡能量的2～3個數(shù)量級。原則上，元素周期表上的任何元素都可注入任何基體材料。(2)注入元素的種類、能量、劑量均可選擇，用這種方法形成的表面合金，不受擴散和溶解度的經(jīng)典熱力學參數(shù)的限制，即可得到用其他方法得不到的新合金。離子注入技術與氣相沉積、等離子噴涂、電子束和激光束熱處理等表面處理工藝不同，其主要特點是：第36頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五37其他表面處理技術三、離子注入(3)離子注入層相對于基體材料沒有邊緣清晰的界面，因此表面不存在粘附破裂或剝落的問題，與基體結(jié)合牢固。(4)離子注入控制電參量，故易于精確控制注入離子的密度