模具表面处理技术讲课课件.ppt

1、模具表面处理技术第一节第一节模具表面处理概述模具表面处理概述一、模具表面处理的意义一、模具表面处理的意义 模具在现代生产中是生产各种工业产品的重要工艺模具在现代生产中是生产各种工业产品的重要工艺装备。随着社会经济的发展，特别是汽车、家电工业、装备。随着社会经济的发展，特别是汽车、家电工业、航空航天的迅猛发展，对模具工业提出了更高的要求。航空航天的迅猛发展，对模具工业提出了更高的要求。如何如何提高模具的质量提高模具的质量、使用寿命使用寿命和和降低生产成本降低生产成本成为当成为当前迫切需要解决的问题。前迫切需要解决的问题。模具在工作中除了要求基体具有足够高的强度和韧模具在工作中除了要求基体具有足够

2、高的强度和韧性的合理配合外，其表面性能对模具的工作性能和使用性的合理配合外，其表面性能对模具的工作性能和使用寿命至关重要。模具性能的改善，单纯依赖基体材料的寿命至关重要。模具性能的改善，单纯依赖基体材料的改进和提高是非常有限的，也是不经济的，而通过表面改进和提高是非常有限的，也是不经济的，而通过表面处理技术，往往可以收到事半功倍的效果，这也正是表处理技术，往往可以收到事半功倍的效果，这也正是表面处理技术在模具生产中得到迅速发展的原因。面处理技术在模具生产中得到迅速发展的原因。模具表面的其他处理技术一、模具表面处理的意义由于固体渗硼法无需特殊设备，操作简单，工件表面清洁，已逐渐成为最有前途的渗硼

3、方法。模具表面处理-TD覆层图第二节模具表面的化学热处理技术美国将CVD用于紧固件模具，提高寿命3一5倍；（4）具有极高的耐腐蚀性能。当生成的氯化亚铬气体掠过零件表面时，通过置换、还原、热分解等反应，在零件表面沉积铬，从而获得渗铬层。3、镀层种类多，与基体材料的结合力强，力学性能好，能保证满足各种维修性能的要求。在生产应用中对模具表面性能要求是多元的，因此单金属的镀层往往不能满足质量要求，这些促使了复合镀技术的发展。，(2)5060硼砂+4050S1C；（4）无论是具有复杂几何形状或者有内孔的零件，都可以实现高度均匀的涂层厚度。采用PVD处理获得的TiN层可保证将塑料模的使用寿命提高39倍，金

4、属压力加工工具寿命提高359倍。与此同时，氯与氢结合成HCI，HCI再至铬铁粉表面形成CrCl2，并重复前述过程而达到渗铬目的。薄膜内部应力状态为压应力，更适于对硬质合金精密复杂刀具的涂层；模具通过不同的表面处理方法，可以只改模具通过不同的表面处理方法，可以只改变模具表层的化学成分、组织、性能，从而大变模具表层的化学成分、组织、性能，从而大幅度地改善和提高模具的表面性能。如硬度、幅度地改善和提高模具的表面性能。如硬度、耐磨性、摩擦性能、脱模性能、隔热性能、耐耐磨性、摩擦性能、脱模性能、隔热性能、耐腐蚀和高温抗氧化性能、提高型腔表面抗擦伤腐蚀和高温抗氧化性能、提高型腔表面抗擦伤能力、脱模能力、抗

5、咬合性能等，数倍、甚至能力、脱模能力、抗咬合性能等，数倍、甚至几十倍地提高模具使用寿命。这对于提高模具几十倍地提高模具使用寿命。这对于提高模具质量，大幅度降低生产成本，提高生产效率和质量，大幅度降低生产成本，提高生产效率和充分发挥模具材料的潜能都具有重大意义。充分发挥模具材料的潜能都具有重大意义。模具的表面处理技术，是通过表面涂覆、表面改模具的表面处理技术，是通过表面涂覆、表面改性或复合处理技术，改变模具表面的形态、化学成性或复合处理技术，改变模具表面的形态、化学成分、组织结构和应力状态，以获得所需表面性能的分、组织结构和应力状态，以获得所需表面性能的系统工程。系统工程。在模具上使用的表面技术

6、方法多达几十种，主在模具上使用的表面技术方法多达几十种，主要可以归纳为化学表面处理法、物理表面处理法和要可以归纳为化学表面处理法、物理表面处理法和表面覆层处理法。从表面处理的方式上，又可分为：表面覆层处理法。从表面处理的方式上，又可分为：化学方法、物理方法、物理化学方法和机械方法。化学方法、物理方法、物理化学方法和机械方法。虽然提高模具表面性能新的处理技术不断涌现，但虽然提高模具表面性能新的处理技术不断涌现，但在模具制造中应用较多的主要是渗氮、渗碳和硬化在模具制造中应用较多的主要是渗氮、渗碳和硬化膜沉积技术。膜沉积技术。第二节第二节模具表面的化学热处理技术模具表面的化学热处理技术 化学热处理就

7、是将钢件置于一定活性介质中保温，化学热处理就是将钢件置于一定活性介质中保温，使一种或几种活性原子渗入工件表层，从而改变表层的使一种或几种活性原子渗入工件表层，从而改变表层的化学成分、组织和性能的热处理工艺方法。化学成分、组织和性能的热处理工艺方法。根据渗入的元素不同，化学热处理方法可以分为：渗根据渗入的元素不同，化学热处理方法可以分为：渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼、渗铝、渗钒等。化学热处碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼、渗铝、渗钒等。化学热处理能有效提高模具表面的耐磨性、疲劳强度、耐蚀性和理能有效提高模具表面的耐磨性、疲劳强度、耐蚀性和抗氧化性能等。抗氧化性能等。一、渗碳一、渗碳 渗碳就是将钢件置于活性

8、碳原子的介质中保温，使渗碳就是将钢件置于活性碳原子的介质中保温，使碳原子渗入工件表层的热处理工艺方法。碳原子渗入工件表层的热处理工艺方法。第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处理技术 渗碳后在模具的表面形成一层渗碳后在模具的表面形成一层1-2mm1-2mm，含碳量，含碳量为为0.8%-1.05%0.8%-1.05%渗碳层。再经过适当的淬火与回火处渗碳层。再经过适当的淬火与回火处理，可提高模具表面的硬度、耐磨性及疲劳强度，理，可提高模具表面的硬度、耐磨性及疲劳强度，使模具心部仍保持良好的韧性和塑性。因此渗碳主使模具心部仍保持良好的韧性和塑性。因此渗碳主要用于同时受严重磨损和较大冲

9、击载荷的模具。由要用于同时受严重磨损和较大冲击载荷的模具。由于渗碳温度较高，渗后还需热处理，模具变形较大，于渗碳温度较高，渗后还需热处理，模具变形较大，因此精度要求较高的模具不宜采用。因此精度要求较高的模具不宜采用。模具的渗碳工艺有固体渗碳、液体渗碳、气体模具的渗碳工艺有固体渗碳、液体渗碳、气体渗碳、真空渗碳、离子渗碳等。渗碳、真空渗碳、离子渗碳等。第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处理技术1 1、固体渗碳、固体渗碳 固体渗碳是将工件置于木碳和催渗剂组成的固体渗碳是将工件置于木碳和催渗剂组成的渗碳剂的密封箱中（一般采用黄泥或耐火粘土密渗碳剂的密封箱中（一般采用黄泥或耐火粘土密

10、封）保温，在渗碳温度加热保温使碳原子渗入工封）保温，在渗碳温度加热保温使碳原子渗入工件表面。件表面。固体渗碳时，由于固体渗碳剂的导热系数很固体渗碳时，由于固体渗碳剂的导热系数很小，传热很慢，更由于渗碳箱尺寸往往又不相同，小，传热很慢，更由于渗碳箱尺寸往往又不相同，即使是尺寸相同，可是工件大小及装箱情况（渗即使是尺寸相同，可是工件大小及装箱情况（渗碳剂的密实度，工件间的距离等）也不全相同，碳剂的密实度，工件间的距离等）也不全相同，因而渗碳加热时间对渗层深度的影响往往不能完因而渗碳加热时间对渗层深度的影响往往不能完全确定。因此，在生产中常用试棒来检查其渗碳全确定。因此，在生产中常用试棒来检查其渗碳

11、效果。效果。第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处理技术固体渗碳的优缺点固体渗碳的优缺点 固体渗碳可以在各种加热炉中进行，简固体渗碳可以在各种加热炉中进行，简单易行，但质量不易控制，渗碳速度慢，生单易行，但质量不易控制，渗碳速度慢，生产周期长，工人劳动条件差。产周期长，工人劳动条件差。第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处理技术2 2、气体渗碳、气体渗碳 气体渗碳是工件在气气体渗碳是工件在气体介质中进行碳原子渗入体介质中进行碳原子渗入工件表面的热处理方法。工件表面的热处理方法。渗碳气体以煤油、苯、渗碳气体以煤油、苯、丙酮或醋酸乙酯作为强渗丙酮或醋酸乙酯作为强渗剂

12、，用甲醇、乙醇作为稀剂，用甲醇、乙醇作为稀释剂。这些液体滴入炉内释剂。这些液体滴入炉内后在高温下汽化、分解产后在高温下汽化、分解产生成分稳定的渗碳气体。生成分稳定的渗碳气体。气体渗碳炉气体渗碳炉第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处理技术 气体渗碳的优点气体渗碳的优点 可以通过控制系统控制可以通过控制系统控制富化气送入量或渗剂的滴入富化气送入量或渗剂的滴入量，以改变炉气的碳势，从量，以改变炉气的碳势，从而控制零件表面的含碳量，而控制零件表面的含碳量，渗碳速度比固体渗碳快，质渗碳速度比固体渗碳快，质量好。量好。气体渗碳适用于大批气体渗碳适用于大批量生产，易于控制质量和自量生产，易

13、于控制质量和自动化，劳动条件好。动化，劳动条件好。气体渗碳装炉示意图气体渗碳装炉示意图第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处理技术3 3、液体渗碳、液体渗碳 把零件浸入含有活性碳原子的熔融盐浴中进行渗碳把零件浸入含有活性碳原子的熔融盐浴中进行渗碳的方法。的方法。盐浴的主要成分有氰化钠、氯化钠、碳酸钠和氯化盐浴的主要成分有氰化钠、氯化钠、碳酸钠和氯化钡等。各种盐的成分可通过不同温度加以调节。一般钡等。各种盐的成分可通过不同温度加以调节。一般薄层渗碳多采用低温（薄层渗碳多采用低温（850850900900）、低浓度氰化物）、低浓度氰化物盐浴（也称液体氰化或液体碳氮共渗）。深层渗碳多

14、盐浴（也称液体氰化或液体碳氮共渗）。深层渗碳多采用较高温度采用较高温度(900(900950),950),氰化物含量为氰化物含量为6 61616。另一种是无氰液体渗碳，主要盐浴成分是氯化钠、另一种是无氰液体渗碳，主要盐浴成分是氯化钠、氯化钾和碳酸钠，加上经过加工制作的渗碳剂：碳粉、氯化钾和碳酸钠，加上经过加工制作的渗碳剂：碳粉、碳化硅和尿素。碳化硅和尿素。第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处理技术4 4、离子渗碳、离子渗碳 采用甲烷或其它渗碳采用甲烷或其它渗碳气体和氢气的混合气作为气体和氢气的混合气作为辉光放电的气体介质，在辉光放电的气体介质，在渗碳温度（例如渗碳温度（例如9

15、30930）下，利用辉光放电对工件下，利用辉光放电对工件表面进行离子渗碳。表面进行离子渗碳。离子渗碳比气体渗碳离子渗碳比气体渗碳方法快得多。离子渗碳后，方法快得多。离子渗碳后，应进行直接淬火，故在炉应进行直接淬火，故在炉内应有直接冷却装置。内应有直接冷却装置。第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处理技术5 5、真空渗碳、真空渗碳 真空渗碳炉是将工件放真空渗碳炉是将工件放置在真空炉内通过不断的向置在真空炉内通过不断的向炉内充入渗碳气氛，使碳原炉内充入渗碳气氛，使碳原子渗入工件表面。子渗入工件表面。与气体渗碳相比真空渗与气体渗碳相比真空渗碳温度高（约碳温度高（约1100），），渗碳

16、速度快，质量好。渗碳速度快，质量好。第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处理技术双室真空渗碳淬火炉双室真空渗碳淬火炉双室真空渗碳淬火炉结构示意图双室真空渗碳淬火炉结构示意图第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处理技术二、渗氮二、渗氮 向金属表面渗入氮元素的工艺称为渗氮，通常向金属表面渗入氮元素的工艺称为渗氮，通常也称为氮化。也称为氮化。钢渗氮后可以获得比渗碳更高的表面硬度和耐钢渗氮后可以获得比渗碳更高的表面硬度和耐磨性，渗氮后的表面硬度可以高达磨性，渗氮后的表面硬度可以高达HV9501200(HV9501200(相相当于当于HRC65HRC6572)72)，而且

17、到，而且到600600仍可维持相当高的硬仍可维持相当高的硬度。渗氮还可获得比渗碳更高的弯曲疲劳强度此度。渗氮还可获得比渗碳更高的弯曲疲劳强度此外，由于渗氮温度较低外，由于渗氮温度较低(500(500一一570570之间之间)，故变形，故变形很小渗氮也可以提高工件的抗腐蚀性能但是渗很小渗氮也可以提高工件的抗腐蚀性能但是渗氮工艺过程较长，渗层也较薄，不能承受太大的接氮工艺过程较长，渗层也较薄，不能承受太大的接触应力。目前主要应用于压铸模、挤压模、冷作模触应力。目前主要应用于压铸模、挤压模、冷作模具等具等.第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处理技术 渗氮的缺点渗氮的缺点 工艺复杂，

18、成本高，氮化层薄。因而主要工艺复杂，成本高，氮化层薄。因而主要用于耐磨性及精度均要求很高的零件，或要求用于耐磨性及精度均要求很高的零件，或要求耐热、耐磨及耐蚀的零件。例如精密机床丝杠、耐热、耐磨及耐蚀的零件。例如精密机床丝杠、镗床主轴、气轮机阀门和阀杆、精密传动齿轮镗床主轴、气轮机阀门和阀杆、精密传动齿轮和轴、发动机汽缸和排气阀以及热作模具等。和轴、发动机汽缸和排气阀以及热作模具等。第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处理技术渗硼是将钢的表面渗入硼元素以获得铁的硼化物的热处理工艺方法。CVD处理的模具形状不受任何限制。当生成的氯化亚铬气体掠过零件表面时，通过置换、还原、热分解等

19、反应，在零件表面沉积铬，从而获得渗铬层。只要材料含有一定量的碳元素，如含碳量大于0.（3）离子渗氮层的韧性好，因此，大大扩大了离子渗氮的应用范围不仅普通气体渗氮所应用的钢种能进行离子渗氮，还可应用于氮碳共渗（软氮化）的工件。如在模具表面上复合电镀NiwP、NIFeP、CoWP合金显著提高了汽车模具的耐磨性和使用寿命。NiCr镀层可提高高温强度。薄膜内部应力状态为压应力，更适于对硬质合金精密复杂刀具的涂层；渗剂中各部分的作用化学气相沉积是利用气态物质在一定温度在工件表面上进行化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，形成固体沉积膜的的工艺技术。3、高的耐腐蚀能力和抗高温氧化能力。第二节模具

20、表面的化学热处理技术PVD工艺对环境无不利影响，符合现代绿色制造的发展方向。CVD可以在含碳量大于0.模具表面处理-TD覆层图1 1、气体渗氮、气体渗氮 气体渗氮在密闭的渗氮罐内进行。工件放入用镍铬气体渗氮在密闭的渗氮罐内进行。工件放入用镍铬不锈、耐热钢等制成的渗氮罐内，用铬矿砂等进行密封。不锈、耐热钢等制成的渗氮罐内，用铬矿砂等进行密封。通入经过干燥箱、流量计的氨气，氨气在通入经过干燥箱、流量计的氨气，氨气在380380以上会以上会分解出活性氮原子渗入工件表面，废气通过排气管，泡分解出活性氮原子渗入工件表面，废气通过排气管，泡泡瓶排出炉外。一般炉内要保持泡瓶排出炉外。一般炉内要保持3050m

21、m3050mm油柱的压力。油柱的压力。工件装入渗氮罐，密封并在加热炉内加热同时，立即向工件装入渗氮罐，密封并在加热炉内加热同时，立即向渗氮罐内通入氨气。冷却时应随炉冷却，至炉温降至渗氮罐内通入氨气。冷却时应随炉冷却，至炉温降至200200以下，停氨，出炉，开箱。以下，停氨，出炉，开箱。气体渗氮的特点气体渗氮的特点 生产周期长、渗氮速度慢、效生产周期长、渗氮速度慢、效率低、费用高、对材料要求严。率低、费用高、对材料要求严。第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处理技术2 2、离子氮化、离子氮化 利用稀薄气体的辉光放电现象加热工件表面利用稀薄气体的辉光放电现象加热工件表面和电离化学热

22、处理介质，使之实现在金属表面和电离化学热处理介质，使之实现在金属表面渗入欲渗元素的工艺称为辉光放电离子化学热渗入欲渗元素的工艺称为辉光放电离子化学热处理，简称离子化学热处理。因为在主要工作处理，简称离子化学热处理。因为在主要工作空间内是等离子体，故又称等离子化学热处理。空间内是等离子体，故又称等离子化学热处理。在离子轰击作用下，从阴极表面冲击出铁原子，在离子轰击作用下，从阴极表面冲击出铁原子，与等离子区的氮离子及电子结合而成与等离子区的氮离子及电子结合而成FeNFeN此此FeNFeN被工件表面吸附，在离子轰击作用下，逐渐被工件表面吸附，在离子轰击作用下，逐渐分解为低价氮化物和氮原子，氮原子就向

23、内部分解为低价氮化物和氮原子，氮原子就向内部渗入及扩散。渗入及扩散。第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处理技术离子渗氮炉离子渗氮炉离子渗氮炉结构示意图离子渗氮炉结构示意图第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处理技术离子渗氮的特点离子渗氮的特点 （1 1）速度快速度快 特别在渗氮时间较短时尤为突出。特别在渗氮时间较短时尤为突出。例如一般渗氮深度例如一般渗氮深度0.300.50mm0.300.50mm，离子渗氮时间仅为，离子渗氮时间仅为普通气体渗氮的普通气体渗氮的1/3-1/51/3-1/5。（2 2）离子渗氮层组织结构可控。离子渗氮层组织结构可控。（3 3）离子

24、渗氮层的韧性好，因此，大大扩大了离离子渗氮层的韧性好，因此，大大扩大了离子渗氮的应用范围不仅普通气体渗氮所应用的钢种子渗氮的应用范围不仅普通气体渗氮所应用的钢种能进行离子渗氮，还可应用于氮碳共渗（软氮化）的能进行离子渗氮，还可应用于氮碳共渗（软氮化）的工件。工件。（4 4）节能。）节能。第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处理技术渗氮层脆性的评定渗氮层脆性的评定 脆性等级分成四脆性等级分成四级，级，I I级不脆，压痕级不脆，压痕完整无缺；完整无缺；级略脆，级略脆，压痕边缘略有崩碎；压痕边缘略有崩碎；级，脆，压痕边缘级，脆，压痕边缘崩碎较大；崩碎较大；级极级极脆，压痕边严重脆。脆

25、，压痕边严重脆。通常通常I I、级为合级为合格检查时一般都用格检查时一般都用标准级别图对照定级。标准级别图对照定级。第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处理技术应用应用n （1 1）Cr12MoVCr12MoV钢制钢板弹簧孔冲孔凹模，钢制钢板弹簧孔冲孔凹模，经气体氮碳共渗和盐浴渗钒处理后，可使模具经气体氮碳共渗和盐浴渗钒处理后，可使模具寿命提高寿命提高3 3倍。倍。n （2 2）60Si260Si2钢制冷墩螺钉冲头，采用预先钢制冷墩螺钉冲头，采用预先渗氮、短时碳氮共渗、直接淬油、低温淬火及渗氮、短时碳氮共渗、直接淬油、低温淬火及较高温度回火处理工艺，可改善心部韧性，提较高温度回

26、火处理工艺，可改善心部韧性，提高冷墩冲头寿命高冷墩冲头寿命2 2倍以上。倍以上。第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处理技术三、钢的碳氮共渗三、钢的碳氮共渗 在钢的表面同时渗入碳和氮的化学热处理在钢的表面同时渗入碳和氮的化学热处理工艺称为碳氮共渗。工艺称为碳氮共渗。目的目的 对低碳结构钢、中碳结构钢以及不锈钢等，对低碳结构钢、中碳结构钢以及不锈钢等，为了提高其表面硬度、耐磨性及疲劳强度，进行为了提高其表面硬度、耐磨性及疲劳强度，进行820850820850碳氮共渗。中碳调质钢在碳氮共渗。中碳调质钢在570600570600温度进行碳氮共渗，可提高其耐磨性及疲劳强度，温度进行碳氮

27、共渗，可提高其耐磨性及疲劳强度，而高速钢在而高速钢在550560550560碳氮共渗的目的是进一步碳氮共渗的目的是进一步提高其表面硬度、耐磨性及热稳定性。提高其表面硬度、耐磨性及热稳定性。第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处理技术碳氮共渗的分类碳氮共渗的分类 （1 1）碳氮共渗）碳氮共渗 以渗碳为主，共渗温度以渗碳为主，共渗温度820-870820-870，渗剂为煤油、苯、甲苯、丙酮等，渗剂为煤油、苯、甲苯、丙酮等，同时通入氨气，或使用尿素、甲酰胺等。材料同时通入氨气，或使用尿素、甲酰胺等。材料一般为中、低碳钢及合金钢。一般为中、低碳钢及合金钢。（2 2）氮碳共渗）氮碳共渗

28、以渗氮为主，共渗温度以渗氮为主，共渗温度550-570550-570，渗剂为尿素、甲酰胺、三乙醇胺等。，渗剂为尿素、甲酰胺、三乙醇胺等。材料不受限制。材料不受限制。碳氮共渗已应用于压铸模、挤压模、塑料碳氮共渗已应用于压铸模、挤压模、塑料模等。模等。第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处理技术四、渗硼四、渗硼 渗硼是将钢的表面渗入硼元素以获得铁的硼化物渗硼是将钢的表面渗入硼元素以获得铁的硼化物的热处理工艺方法。的热处理工艺方法。通过渗硼能显著提高钢件表面硬度通过渗硼能显著提高钢件表面硬度(l400(l4002000HV)2000HV)和耐磨性，以及具有良好的红硬性及耐蚀性。和耐磨

29、性，以及具有良好的红硬性及耐蚀性。钢的表面渗入硼后，由于硼在钢的表面渗入硼后，由于硼在-Fe-Fe中的溶解中的溶解度很小，因此会形成硼化物度很小，因此会形成硼化物Fe2B(Fe2B(硬度为硬度为l400l4001600HV)1600HV)，或，或FeB(FeB(硬度为硬度为l8002000HV)l8002000HV)。Fe2BFe2B脆脆性较小，一般呈梳齿状楔入基体；性较小，一般呈梳齿状楔入基体；FeBFeB脆性较大，易脆性较大，易剥落。剥落。第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处理技术渗硼方法渗硼方法 渗硼法有固体渗硼、液体渗硼及气体渗硼。但由渗硼法有固体渗硼、液体渗硼及气体

30、渗硼。但由于气体渗硼采用乙硼烷或三氯化硼气体，前者不稳定于气体渗硼采用乙硼烷或三氯化硼气体，前者不稳定易爆炸，后者有毒，又容易分解，因此较少采用。现易爆炸，后者有毒，又容易分解，因此较少采用。现在生产上采用的是粉末渗硼和盐浴渗硼。在生产上采用的是粉末渗硼和盐浴渗硼。1、固体渗硼法、固体渗硼法 目前最常用的是用下列配方的粉末渗硼法：目前最常用的是用下列配方的粉末渗硼法：5KBF4+5B4C+90SiC+Mn-Fe。把这些物质的粉。把这些物质的粉末和匀装入耐热钢板焊成的箱内，工件以一定的间隔末和匀装入耐热钢板焊成的箱内，工件以一定的间隔(20一一30mm)埋入渗剂内，盖上箱盖，在埋入渗剂内，盖上箱

31、盖，在9001000的温度保温的温度保温15小时后，出炉随箱冷却即可。小时后，出炉随箱冷却即可。第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处理技术 渗剂中各部分的作用渗剂中各部分的作用 B4CB4C为硼的来源，为硼的来源，KBF4KBF4是催渗剂，是催渗剂，SiCSiC是填充是填充剂，剂，Mn-FeMn-Fe则起到使渗剂渗后松散而不结块的作用。则起到使渗剂渗后松散而不结块的作用。一般渗硼后冷至室温开箱时，渗剂松散，工件表一般渗硼后冷至室温开箱时，渗剂松散，工件表面无结垢等现象，无需特殊清理。由于固体渗硼面无结垢等现象，无需特殊清理。由于固体渗硼法无需特殊设备，操作简单，工件表面清洁，

32、已法无需特殊设备，操作简单，工件表面清洁，已逐渐成为最有前途的渗硼方法。逐渐成为最有前途的渗硼方法。第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处理技术2 2、盐浴渗硼、盐浴渗硼 常用盐浴成分有下列三种：常用盐浴成分有下列三种：(1)60(1)60硼砂十硼砂十4040碳化硼或硼铁；，碳化硼或硼铁；，(2)5060(2)5060硼砂硼砂+4050+4050S1CS1C；(3)45(3)45BaCI+45BaCI+45NaCI+10NaCI+10B4CB4C或硼铁。或硼铁。盐浴渗硼同样具有设备简单，渗层结构易于控盐浴渗硼同样具有设备简单，渗层结构易于控制等优点。但有盐浴流动性差，工件粘盐难

33、以清理等制等优点。但有盐浴流动性差，工件粘盐难以清理等缺点。一般盐浴渗硼温度采用缺点。一般盐浴渗硼温度采用95010009501000，渗硼时，渗硼时间根据渗层深度要求而定，一般不超过间根据渗层深度要求而定，一般不超过6 6小时。因为小时。因为时间过长，不仅渗层增深缓慢，而且使渗硼层脆性增时间过长，不仅渗层增深缓慢，而且使渗硼层脆性增加。加。第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处理技术渗硼后的热处理渗硼后的热处理 对心部强度要求较高的零件，渗硼后还对心部强度要求较高的零件，渗硼后还需进行热处理。由于需进行热处理。由于FeBFeB相、相、Fe2BFe2B相和基体的相和基体的膨胀系

34、数差别很大膨胀系数差别很大,加热淬火时，硼化物不发加热淬火时，硼化物不发生相变，但基体发生相变。因此渗硼层容易出生相变，但基体发生相变。因此渗硼层容易出现裂纹和崩落。这就要求尽可能采用缓和的冷现裂纹和崩落。这就要求尽可能采用缓和的冷却方法，淬火后应及时进行回火。却方法，淬火后应及时进行回火。第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处理技术五、渗金属五、渗金属 渗金属方法和渗硼法相类似，根据所用渗剂聚渗金属方法和渗硼法相类似，根据所用渗剂聚集状态不同，可分固体法、液体法及气体法。集状态不同，可分固体法、液体法及气体法。1 1、固体法渗金属、固体法渗金属 最常用的是粉末包装法，把工件、

35、粉末状的最常用的是粉末包装法，把工件、粉末状的渗剂、催渗剂和防烧结剂共同装箱、密封、加热扩渗剂、催渗剂和防烧结剂共同装箱、密封、加热扩散而得。这种方法的优点是操作简单，无需特殊设散而得。这种方法的优点是操作简单，无需特殊设备，小批生产应用较多，如渗铬、渗钒等。缺点是备，小批生产应用较多，如渗铬、渗钒等。缺点是产量低，劳动条件差，渗层有时不均匀，质量不易产量低，劳动条件差，渗层有时不均匀，质量不易控制等。控制等。第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处理技术 如固体渗铬，渗剂为如固体渗铬，渗剂为100100200200目铬铁粉目铬铁粉(含含Cr65Cr65)(4060)(4060)

36、+NH4Cl(123)+NH4Cl(123)，其余为，其余为AlAl2 2O O3 3,渗铬过程渗铬过程 当加热至当加热至10501050的渗铬温度时，的渗铬温度时，氯化铵分解形成氯化铵分解形成HClHCl，HClHCl与铬铁粉作用形成与铬铁粉作用形成CrClCrCl2 2，在，在CrClCrCl2 2迁移到工件表面时，分解出活性迁移到工件表面时，分解出活性铬原子铬原子CrCr渗入工件表面。与此同时，氯与氢结渗入工件表面。与此同时，氯与氢结合成合成HCIHCI，HCIHCI再至铬铁粉表面形成再至铬铁粉表面形成CrClCrCl2 2，并重，并重复前述过程而达到渗铬目的。复前述过程而达到渗铬目的。

37、第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处理技术2、液体法渗金属、液体法渗金属n 分为两种，一种是盐浴法，一种是热浸法。分为两种，一种是盐浴法，一种是热浸法。n 目前最常用的盐浴法渗金属是目前最常用的盐浴法渗金属是TDTD法。它是在熔融法。它是在熔融的硼砂浴中加入被渗金属粉末，工件在盐浴中被加热，的硼砂浴中加入被渗金属粉末，工件在盐浴中被加热，同时还进行渗金属的过程。同时还进行渗金属的过程。n 以渗钒为例：把欲渗工件放人以渗钒为例：把欲渗工件放人 (8085)(8085)NaNa2 2B B4 40 07 7202015)15)钒铁粉盐浴中，在钒铁粉盐浴中，在950950保温保温3

38、535小时，即可得到一定厚度小时，即可得到一定厚度(几个微米到几个微米到2020微米微米)的渗钒的渗钒层。层。第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处理技术TDTD覆层的主要特点覆层的主要特点n （1 1）具有很高的表面硬度，可达）具有很高的表面硬度，可达HV2800HV280032003200，远，远高于氮化和镀硬铬等表面处理方法，因而具有极高的表面高于氮化和镀硬铬等表面处理方法，因而具有极高的表面耐磨、抗拉伤和耐腐蚀等性能。耐磨、抗拉伤和耐腐蚀等性能。n （2 2）由于表面覆层是通过金属原子的扩散作用形成）由于表面覆层是通过金属原子的扩散作用形成的，因此覆层与基体具有冶金结合

39、，结合力较镀硬铬、的，因此覆层与基体具有冶金结合，结合力较镀硬铬、PVDPVD或或PCVDPCVD的镀层高得多，这一点对于成形类模具的应用的镀层高得多，这一点对于成形类模具的应用极其重要。极其重要。n （3 3）TDTD覆层厚度可达覆层厚度可达4 420mm20mm，覆层致密光滑。，覆层致密光滑。n （4 4）具有极高的耐腐蚀性能。）具有极高的耐腐蚀性能。n （5 5）可以实现重复处理。）可以实现重复处理。第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处理技术n 缺点缺点n 是盐浴有比重偏析，必须在渗入过程中不断搅动是盐浴有比重偏析，必须在渗入过程中不断搅动盐浴。另外，硼砂的盐浴。另外，

40、硼砂的PHPH值为值为9 9，有腐蚀作用，必须及，有腐蚀作用，必须及时清洗工件。时清洗工件。n 适用材料适用材料n 只要材料含有一定量的碳元素，如含碳量大于只要材料含有一定量的碳元素，如含碳量大于0.3%0.3%的各类钢铁材料、硬质合金等，都可以在工件表的各类钢铁材料、硬质合金等，都可以在工件表面形成面形成VCVC覆层。覆层。第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处理技术TDTD法可以解决的问题法可以解决的问题n （1 1）由粘着磨损所引起的模具与工件或工件与工件）由粘着磨损所引起的模具与工件或工件与工件之间的拉伤、粘附问题，如各类钢板或有色金属的拉之间的拉伤、粘附问题，如各类钢

41、板或有色金属的拉延、弯曲、翻边、滚压成形和压铸成形等模具或其他延、弯曲、翻边、滚压成形和压铸成形等模具或其他相互接触并有相对运动的工件表面，采用相互接触并有相对运动的工件表面，采用TDTD覆层处理覆层处理是目前解决此类问题最好的方法之一，并可以提高其是目前解决此类问题最好的方法之一，并可以提高其使用寿命数倍至数十倍。使用寿命数倍至数十倍。n（2 2）由磨粒磨损、粘着磨损、摩擦氧化或其共同作用）由磨粒磨损、粘着磨损、摩擦氧化或其共同作用而引起的工件尺寸超差等问题，如冲裁、冷镦、粉末而引起的工件尺寸超差等问题，如冲裁、冷镦、粉末冶金等模具或其他零配件，通过冶金等模具或其他零配件，通过TDTD覆层处

42、理后，可提覆层处理后，可提高使用寿命数倍至数十倍。高使用寿命数倍至数十倍。第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处理技术TDTD法的应用法的应用n（1 1）汽车冲压件成形模具）汽车冲压件成形模具n 在高强度钢板和厚料板的冲压成形过程中，未经过表在高强度钢板和厚料板的冲压成形过程中，未经过表面处理的工件表面拉伤严重，有些甚至无法正常生产。经面处理的工件表面拉伤严重，有些甚至无法正常生产。经TDTD覆层处理后，一方面根本上解决了工件表面的拉伤问题，覆层处理后，一方面根本上解决了工件表面的拉伤问题，无须经常停机修磨模具，提高了生产效率，改善了产品的无须经常停机修磨模具，提高了生产效率，

43、改善了产品的外观。另一方面，模具寿命一般可以达数十万件，并能确外观。另一方面，模具寿命一般可以达数十万件，并能确保冲压件尺寸的一致性，有效提升产品质量保冲压件尺寸的一致性，有效提升产品质量。n（2 2）粉末冶金模具）粉末冶金模具n 被加工材料为磁铁粉，原来模具材料被加工材料为磁铁粉，原来模具材料Cr12Cr12，寿命，寿命2 24 4万次，后改用万次，后改用Cr12MoVCr12MoV，并进行，并进行TDTD覆层处理，寿命达到覆层处理，寿命达到20204040万次，寿命提高万次，寿命提高1010倍以上。倍以上。第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处理技术模具表面处理模具表面处理

44、-TD-TD覆层组织覆层组织 模具表面处理模具表面处理-TD-TD覆层图覆层图 第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处理技术n 热浸法渗金属是较早应用的渗金属工艺，典型热浸法渗金属是较早应用的渗金属工艺，典型的例子是渗铝。其方法是：把渗铝零件经过除油去的例子是渗铝。其方法是：把渗铝零件经过除油去锈后，浸入锈后，浸入780780土土1010熔融的铝淬中经熔融的铝淬中经15601560分钟分钟后取出，此时在零件表面附着一层高浓度铝覆盖层，后取出，此时在零件表面附着一层高浓度铝覆盖层，然后在然后在95095010501050温度下保温温度下保温4545小时进行扩散小时进行扩散处理。为

45、了防止零件在渗铝时铁的溶解，在铝液中处理。为了防止零件在渗铝时铁的溶解，在铝液中应加入应加入1010左右的铁。铝液温度之所以如此选择，左右的铁。铝液温度之所以如此选择，主要考虑温度过低时，铝液流动性不好，且带走铝主要考虑温度过低时，铝液流动性不好，且带走铝液过多。温度过高，铝液表面氧化剧烈。液过多。温度过高，铝液表面氧化剧烈。第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处理技术3 3、气体法渗金属、气体法渗金属n 一般在密封的罐中进行，把坩埚加热至渗金一般在密封的罐中进行，把坩埚加热至渗金属温度，被渗金属的卤化物气体掠过工件表面时属温度，被渗金属的卤化物气体掠过工件表面时发生置换、还原

46、、热分解等反应，分解出的活性发生置换、还原、热分解等反应，分解出的活性金属原子渗入工件表面。金属原子渗入工件表面。n 以气体渗铬为例，其过程是：把干燥氢气通以气体渗铬为例，其过程是：把干燥氢气通过浓盐酸得到过浓盐酸得到HClHCl气体后引入渗铬罐，在罐的进气气体后引入渗铬罐，在罐的进气口处放置铬铁粉。当口处放置铬铁粉。当HClHCl气体通过高温的铬铁粉时，气体通过高温的铬铁粉时，制得了氯化亚铬气体。当生成的氯化亚铬气体掠制得了氯化亚铬气体。当生成的氯化亚铬气体掠过零件表面时，通过置换、还原、热分解等反应，过零件表面时，通过置换、还原、热分解等反应，在零件表面沉积铬，从而获得渗铬层。在零件表面沉

47、积铬，从而获得渗铬层。第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处理技术n 气体渗铬速度较快，但氢气容易爆炸，氯化氢具气体渗铬速度较快，但氢气容易爆炸，氯化氢具有腐蚀性，故应注意安全。有腐蚀性，故应注意安全。n 渗金属法的进一步发展是多元共渗，即在金属表渗金属法的进一步发展是多元共渗，即在金属表面同时渗入两种或两种以上的金属元素，如铬铝共渗，面同时渗入两种或两种以上的金属元素，如铬铝共渗，铝硅共渗等等。与此同时，还出现金属元素与非金属铝硅共渗等等。与此同时，还出现金属元素与非金属元素的两种元素的共渗，如硼钒共渗，硼铝共渗等。元素的两种元素的共渗，如硼钒共渗，硼铝共渗等。进行多元共渗的

48、目的是兼取单一渗的长处，克服单一进行多元共渗的目的是兼取单一渗的长处，克服单一渗的不足。例如硼钒共渗，可以兼取单一渗钒层的硬渗的不足。例如硼钒共渗，可以兼取单一渗钒层的硬度高、韧性好和单一渗硼层层深较厚的优点，克服了度高、韧性好和单一渗硼层层深较厚的优点，克服了渗钒层较薄及渗硼层较脆的缺点，获得了较好的综合渗钒层较薄及渗硼层较脆的缺点，获得了较好的综合性能。性能。第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处理技术几种化学热处理工艺的比较几种化学热处理工艺的比较 处理方法处理方法渗碳渗碳氮化氮化碳氮共渗碳氮共渗处理工艺处理工艺渗碳渗碳+淬火淬火+低温回低温回火火氮化氮化碳氮共渗碳氮共渗

49、+淬火淬火+低低温回火温回火生产周期，生产周期，约约3-9h3-9h约约20-50h20-50h约约1-2h1-2h表层深度表层深度0.5-20.5-20.3-0.50.3-0.50.2-0.50.2-0.5硬度硬度58-6358-6365-70HRC(1000HV-65-70HRC(1000HV-1100HV)1100HV)58-6358-63耐磨性耐磨性良好良好最好最好良好良好疲劳强度疲劳强度较好较好最好最好良好良好耐蚀性耐蚀性一般一般最好最好较好较好热处理后变形热处理后变形较大较大最小最小较小较小第二节模具表面的化学热处理技术第二节模具表面的化学热处理技术第三节第三节模具表面的涂镀技术模

50、具表面的涂镀技术（5）可以实现重复处理。因此，在生产中常用试棒来检查其渗碳效果。（5）用热喷涂法部分替代电镀硬铬的工艺研究与应用；在汽车用铸模、铝模具上化学镀镍，不仅可以提高脱模效果，还可使模具的使用寿命提高50以上，且零部件的光洁度高。钢渗氮后可以获得比渗碳更高的表面硬度和耐磨性，渗氮后的表面硬度可以高达HV9501200(相当于HRC6572)，而且到600仍可维持相当高的硬度。NiWC、SiC、SiO2、SiO2镀层可提高耐磨及抗蠕变性能；将熔融或半熔融态喷涂材料,喷射并沉积到基体上,形成覆盖层的一种表面防护技术。同时，由于电镀具有尖端效应，对于多孔、形状复杂的模具也不适用。级极脆，压痕