模具表面處理技術(shù)

關(guān)于模具表面處理技術(shù)第1頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月Page2表6-1模具表面處理技術(shù)的作用及應(yīng)用處理工藝作用應(yīng)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(zhǎng)，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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)化提高硬度、強(qiáng)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(qiáng)度、耐磨性、耐疲勞性、抗蝕性熱擠壓模、沖頭針尖第2頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月Page36.1表面化學(xué)熱處理技術(shù)表面化學(xué)熱處理的作用主要有以下兩個(gè)方面。(1)強(qiáng)化工件表面(2)保護(hù)工件表面第3頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月Page46.1表面化學(xué)熱處理技術(shù)一、滲碳(一)氣體滲碳?xì)怏w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?xì)怏w(如煤氣、石油液化氣和丙烷等)或易分解的有機(jī)液體(如煤油、甲苯和甲醇等)，在高溫下通過反應(yīng)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(kuò)散形成一定厚度的滲碳層。第4頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月Page56.1表面化學(xué)熱處理技術(shù)一、滲碳(二)固體滲碳圖6-1滴注式氣體滲碳爐工作示意

圖6-2固體滲碳裝箱示意第5頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月Page66.1表面化學(xué)熱處理技術(shù)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(xué)熱處理工藝。第6頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月Page76.1表面化學(xué)熱處理技術(shù)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7頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月Page86.1表面化學(xué)熱處理技術(shù)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(dá)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(yīng)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(qiáng)化。第8頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月Page96.1表面化學(xué)熱處理技術(shù)二、滲氮(氮化)(一)氣體滲氮表6-2部分模具鋼的氣體滲氮工藝規(guī)范牌號(hào)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(shí)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9頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月Page106.1表面化學(xué)熱處理技術(shù)二、滲氮(氮化)(二)離子滲氮離子滲氮有如下特點(diǎn)：(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(duì)材料的適應(yīng)性強(qiáng)。第10頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月Page116.1表面化學(xué)熱處理技術(shù)二、滲氮(氮化)(二)離子滲氮表6-3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11頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月Page126.1表面化學(xué)熱處理技術(shù)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12頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月Page136.1表面化學(xué)熱處理技術(shù)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13頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月Page146.1表面化學(xué)熱處理技術(shù)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14頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月Page156.1表面化學(xué)熱處理技術(shù)四、碳氮共滲與氮碳共滲氣體碳氮共滲的特點(diǎn)如下：(1)共滲層的力學(xué)性能綜合了滲碳和滲氮的優(yōu)點(diǎn)。(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(jìn)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(dú)滲碳或滲氮的速度，縮短了生產(chǎn)周期。第15頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月Page166.1表面化學(xué)熱處理技術(shù)四、碳氮共滲與氮碳共滲(二)氮碳共滲氣體氮碳共滲所用的溫度常采用560～570℃，時(shí)間為2～3h。與氣體滲氮相比，低溫氣體氮碳共滲的特點(diǎn)有：(1)滲入溫度低，時(shí)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(jìn)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。第16頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月Page176.1表面化學(xué)熱處理技術(shù)五、滲硼滲硼的特點(diǎn)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17頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月Page186.1表面化學(xué)熱處理技術(shù)五、滲硼滲硼的特點(diǎn)如下：滲硼的方法液體滲硼氣體滲硼固體滲硼第18頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月Page196.1表面化學(xué)熱處理技術(shù)五、滲硼表6-4部分模具滲硼的強(qiáng)化效果模具名稱鋼號(hào)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19頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月Page206.1表面化學(xué)熱處理技術(shù)六、滲金屬滲鉻滲釩及TD法滲釩滲鈮滲鋁第20頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月Page216.2涂鍍技術(shù)一、電鍍圖6-3電鍍裝置示意圖第21頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月Page226.2涂鍍技術(shù)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22頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月Page236.2涂鍍技術(shù)二、電刷鍍圖6-4電刷鍍工作原理示意圖第23頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月Page246.2涂鍍技術(shù)二、電刷鍍電刷鍍具有以下特點(diǎn)：(1)鍍層質(zhì)量高。(2)不受鍍件、模具形狀和大小的限制，設(shè)備簡(jiǎn)單，工藝靈活，操作方便，可在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)。(3)可以進(jìn)行槽鍍困難或?qū)崿F(xiàn)不了的局部電鍍。(5)操作安全，對(duì)環(huán)境污染小。(4)沉積速度快，生產(chǎn)率高。第24頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月Page256.2涂鍍技術(shù)三、化學(xué)鍍化學(xué)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(xué)方法。第25頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月Page266.2涂鍍技術(shù)四、熱浸鍍熱浸鍍簡(jiǎn)稱熱鍍，是將基體金屬浸在熔融狀態(tài)的另一種低熔點(diǎn)金屬中，在其金屬表面發(fā)生一系列物理和化學(xué)反應(yīng)，形成一層保護(hù)膜的方法。第26頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月Page276.2涂鍍技術(shù)四、熱浸鍍保護(hù)氣法溶劑法根據(jù)熱浸鍍前處理的方法不同第27頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月Page286.2涂鍍技術(shù)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(gè)基本工藝階段，主要工藝流程為：預(yù)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(guān)鍵。第28頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月Page296.3其他表面處理技術(shù)一、熱噴涂熱噴涂工藝過程噴后處理噴涂噴涂前預(yù)處理利用熱源將金屬或非金屬材料熔化、半熔化或軟化，并以一定速度噴射到基體表面，形成涂層的方法第29頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月Page306.3其他表面處理技術(shù)一、熱噴涂電熱法燃?xì)夥ǜ鶕?jù)所用熱源的不同來分類激光熱源法氣體放電法第30頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月Page316.3其他表面處理技術(shù)一、熱噴涂熱噴涂技術(shù)具有如下特點(diǎn)：2134方法多樣?？蓢娡坎牧蠘O為廣泛。涂層廣泛。工件不受限制。第31頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月Page326.3其他表面處理技術(shù)一、熱噴涂熱噴涂技術(shù)具有如下特點(diǎn)：65涂層厚度可以控制。工藝簡(jiǎn)便且不受工件限制。第32頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月Page336.3其他表面處理技術(shù)二、激光表面處理激光表面處理的特點(diǎn)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(duì)工件表面實(shí)行選擇性處理。第33頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月Page346.3其他表面處理技術(shù)二、激光表面處理激光表面處理的特點(diǎn)有：(4)利用高能束可以對(duì)材料的表面實(shí)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(qiáng)化難以達(dá)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(shí)。第34頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月Page356.3其他表面處理技術(shù)二、激光表面處理圖6-5激光表面處理裝置示意圖第35頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月Page366.3其他表面處理技術(shù)三、離子注入圖6-6離子注入裝置示意圖第36頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月Page376.3其他表面處理技術(shù)三、離子注入離子注入技術(shù)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(diǎn)是：(1)離子注入是一個(gè)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(gè)數(shù)量級(jí)。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(kuò)散和溶解度的經(jīng)典熱力學(xué)參數(shù)的限制，即可得到用其他方法得不到的新合金。第37頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月Page386.3其他表面處理技術(shù)三、離子注入離子注入技術(shù)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(diǎn)是：(3)離子注入層相對(duì)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分布，濃度分布可以通過改變注入能量加以控制。第38頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月Page396.3其他表面處理技術(shù)三、離子注入離子注入技術(shù)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(diǎn)是：(5)離子注入一般是在常溫真空中進(jìn)行，加工后的工件表面無形變，無氧化，能保持原有尺寸精度和表面粗糙度，特別適于高精密部件的最后工序。(6)可有選擇地改變基體材料的表面能量，并在表面內(nèi)形成壓應(yīng)力。第39頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月Page406.3其他表面處理技術(shù)四、氣相沉積物理氣相沉積(PVD)化學(xué)氣相沉積(CVD)按照過程的本質(zhì)第40頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月Page416.3其他表面處理技術(shù)四、氣相沉積(1)涂層具有很高的硬度(TiC為3

200～4

100HV，TiN為2

450HV)、低的摩擦系數(shù)和自潤(rùn)滑性能，所以抗磨損性能良好。(2)涂層具有很高的熔點(diǎn)(TiC為3160℃，TiN為2

950℃)，化學(xué)穩(wěn)定性好，具有很好的抗粘著磨損能力，發(fā)生冷焊和咬合的傾向很小。(3)涂層具有較強(qiáng)的抗腐蝕能力。(4)涂層在高溫下也