模具表面工艺,模具制造领域中的表面工程技术应用综述及展望

　　具体描述了模具加工行业表面工程技术的应用及未来前景

　　简介：简洁具体地描述了几种广泛应用于模具加工行业的表面工程技术，并比较了性能参数和合理性。阐述了希土表面工程技术在模具加工中的应用进度。未来展望了纳米技术表面工程技术在模具加工中的应用。

　　关键词：模具加工；表面工程技术；希土金属表面处理；纳米技术金属表面处理；

　　前言

　　国际模具协会专家指出，磨具是金属材料制造业的国王。模具钢也是模具行业的前提。但即使是新型模具钢也不能满足模具整体性能较高的要求。金属表面处理是现阶段材料科学与工程行业的活跃性和快速进步分支。表层工

　　程具有综合科目、多样化方式、普遍功能、隐藏创新能力、环境防御、实用性强、质量提高效率，受到各行业的高度重视。模具加工行业表面工程技术的应用，在一定程度上填补了模具钢的缺陷。

　　表面工程技术广泛应用于模具加工，包括传统的感应

淬火技术、热膨胀技术、喷焊技术和电镀硬铬技术，它还包括近20年来激光表面强化技术、物理气相沉积技术的快速发展（PVD）、技术性的干法蚀蚀（CVC）、技术性的干法蚀蚀、热处理技术、热喷焊技术性、复合型电镀技术、复合型刷镀技术以及化学镀镍系统等。希土表面工程技术的推广和纳米表面工程技术的兴起更终将进一步促进模具加工表面工程技术的快速发展。希土表面工程技术的推广和纳米表面工程技术的兴起更终将进一步促进模具加工表面工程技术的快速发展。模具腔表面处理采用表面工程技术，可达到以下目的：

　　(1)提高模具型腔的硬度、耐磨性、耐腐蚀性和耐高温氧化性，大大提高磨具的使用寿命。提高模具腔表面的抗擦伤能力和出模水平，从而提高生产效率。

　　（2）经表面喷涂或细晶强化处理的调质钢或高合金钢的整体性能可达到超过高细晶强化模具钢和合金的性能参数，从而大大降低原材料成本。

　　(3)可简化模具加工工艺和热处理方法，降低成本。

　　(4)适用于模具腔表面的图案，以提高产品级别和增加值。

　　(5)适用于模具维修等再制造工程。

　　1 热膨胀技术性

　　热膨胀技术性要用加温蔓延的形式使欲渗金属材料或非金属元素渗透到金属复合材料或工件表层，更终形成表层铝合金层工艺。其显著特点是扩渗层与板材之间的铝合金结合，粘结强度高，这是电镀工艺、镀洛、化学镀镍甚至物理气相沉积等其他涂层方法所不具备的。碳、氮、硅、硼、铝、钒、钛、钨、铌、硫等主要用于热膨胀的合金成分。各种模具型腔表面的加强或多或少都使用了上述原素。随着热膨胀技术的不断进步，二元甚至多元化的共渗加工工艺在磨具表面强化中取得了很大的效果。对于不同的渗透到原素或不同类型的模具，更好的渗透到处理过程也是不同的。本文详细介绍了磨具表面强化中使用更多的热膨胀加工工艺。

　　1.1 渗氮

　　渗氮具有渗速快、渗层深、渗层强度梯度方向、成分梯度方向操作方便、成本低等优点，能有效提高原材料的室内温度硬度、耐磨性和疲劳极限。磨具表面强化渗碳工艺的**个方面也是低碳钢的渗氮。冷工、热作、注塑模具采用渗氮，可提高产品使用寿命。对于注塑模具，特别是在成型凹模磨损的塑料制品时，可采用20#钢初加工成型，进行凹模表面渗氮，经深度加工抛光后交付使用。除了降低外观粗糙度外，模具的耐磨性也会提高。亦如 3Gr2W8V钢压铸件，经1140℃-1150℃热处理，550℃淬火2次，硬度可达58-61HRC，使铝压铸稀有金属和铝合金产品寿命提高1.8 - 3.0倍。

　　磨具表面强化中使用的渗碳工艺的第二个方面是“渗碳体弥漫沉淀渗氮”，通常称为CD渗氮法。这是选择含有较多强渗碳体的原素(如Cr、Ti、Mo、V）在渗氮气氛中加热模具钢，在氧原子从表面向内扩散的前提下，渗层会沉积大量的弥

　　散铝合金渗碳体，如（Cr·Fe）7C3、、（Fe·Cr）3C、V4C3、TiC，从而实现CD渗氮。在CD法渗碳层中，渗碳层表面含碳量(质量浓度相同)达到2% - 弥漫渗碳体成分超过50%，渗碳体呈细微联合分布。CD 经过立即热处理和再淬火回火后，渗氮件能获得非常高的硬度和优异的耐磨性。Cr12型模具钢和弹簧钢中的粗碳化物渗碳体和较严重的渗碳体在Cr12型模具钢和弹簧钢中没有收缩，因此其芯的延展性是Cr12MoV钢的3-5倍。实践活动表明，CD渗氮磨具的使用寿命大大超过了CR12型冷作模具钢和工具钢，占冷作模具钢的首位。

　　在对各种磨具进行渗碳处理时，主要的渗碳工艺方法是固体粉末渗氮、蒸汽渗氮及其近20年来真空泵渗氮和正离子渗氮的快速发展。其中，固体渗氮和汽体渗氮应用广泛，但真空泵渗氮和正离子渗氮技术将在磨具表面，特别是精密机械制造表面处理中发挥重要作用，因为它们具有渗透速度快、渗透层对称、碳浓度梯度慢、产品工件变形等优点。

　　1.2 超低温热扩渗汽体法

　　蒸汽法超低温表面热膨胀加工工艺在模具表面强化审核中占有非常重要的地位。工艺简单，膨胀温度低，适用于冷模、热模及其注塑模对凹模表面的各种规定。高频淬火、软氮化(金相组织氮碳共渗)是常见的扩渗加工工艺、氧氮共渗、硫氮共渗甚至硫碳氮、氧氮硫三元共渗。

　　1.2.1 汽体高频淬火和离子氮化加工工艺

　　将氮渗入铸铁件的过程称为铝渗氮处理或高频淬火。渗氮处理层硬度为950-1200HV)，耐磨性、疲劳极限、红硬性和抗牙咬合性均优于渗碳层。由于渗氮处理温度低(一般为480℃-600℃)，产品工件变化不大，特别是在一些精密机械制造的表面加固中。例如，经过热处理和520

℃-540℃渗氮处理后，3Cr2W8V钢压铸模具和挤压模具的使用寿命是非渗氮处理磨具的2-3倍。例如，经过解剖分析，从德国引进的热冲压模具发现表面约为140μm的渗碳层。美国许多由H13钢制成的压铸件将进行渗氮处理，用高频淬火代替淬火，硬度达到65-70HRC，磨芯强度低，灵活性好，获得高质量的综合物理性能。

　　气体氮化法采用广泛的高频淬火工艺。为了解决气体氮化加工工艺效率低、时间长的问题，离子氮化法具有淬火速度快、渗层成分和梯度方向操作方便、环保节能、节气、渗层性价比高、办公环境好等特点。

　　1.2.2 汽体软氮化(金相组织氮碳共渗)

　　软氮化是将铸铁件在570℃左右加热，以尿素溶液或二氧化氮或醛裂化气为渗透剂，同时向钢中扩大氮和氮原子的热膨胀过程。蒸汽软氮化渗透速度快，成本低于气体氮化。冷热作为模具钢，可提高模具的耐磨性、耐高温氧化性和耐粘性。

　　2 电弧喷涂和喷焊技术

　　2.1 热处理技术