1、项目6模具表面处理技术Page 2项目6模具表面处理技术表6-1模具表面处理技术的作用及应用处理工艺作用应用渗碳提高硬度(5256HRC)、耐磨性、耐疲性模、穿孔工具等渗氮提高硬度、耐磨性、抗粘附性、硬性、耐疲性、抗性(但周期，表面有白色脆化)模、冷模等离子渗碳可消除表面白色的脆化，耐磨性、耐疲性和形均于氮化模、工具等碳氮共渗相比渗碳和渗氮，具有更高的硬度、耐磨性、耐疲性、硬性、强性，生周期短成型模、冷模、模和模架等氮碳共渗提高硬度、耐磨性、抗粘附性、抗性、耐疲性冷模、拉深模、模穿孔渗硼具有极好的表面硬度、耐磨性、抗粘附性、抗氧化性、硬性、良好的抗性模、拉深模碳氮硼三元共渗提高硬度、强度、耐磨
2、性、耐疲性、抗性模、冲尖浴覆(TD理)提高硬度、耐磨性、耐疲性、抗性、抗粘附性、抗氧化性模渗提高硬度、耐磨性、抗性、抗粘附性、抗氧化性模、拉深模硬降低表面粗糙度，提高表面硬度、耐疲性、抗性模、拉深模等基合金堆提高硬度、耐磨性、硬性模冲、芯杆尖火花表面强化提高硬度、强度、耐磨性、耐疲性、抗性冷、 模等丸理提高硬度、强度、耐磨性、耐疲性、抗性 模、冲尖Page 3任务6.1表面化学热处理技术表面化学热处理的作用主要有以下两个方面。(1)强化工件表面(2)保护工件表面Page 4任务6.1表面化学热处理技术一、渗碳(一)气体渗碳气体渗碳是将工件置于密闭的渗碳炉中加热到900950(常用930)，通入
3、渗碳气体(如煤气、石油液化气和丙烷等)或易分解的有机液体(如煤油、甲苯和甲醇等)，在高温下通过反应分解出活性碳原子，活性碳原子渗入工件表面的高温奥氏体中，并通过扩散形成一定厚度的渗碳层。Page 5任务6.1表面化学热处理技术一、渗碳(二)固体渗碳6-1滴注式气体渗碳炉工作示意 6-2固体渗碳装箱示意Page 6任务6.1表面化学热处理技术二、渗氮(氮化)渗氮也称为氮化，是指在一定温度下使活性氮原子渗入工件表面的表面化学热处理工艺。Page 7任务6.1表面化学热处理技术二、渗氮(氮化)气体渗氮离子渗氮真空渗氮氮碳共渗电解催渗渗氮常用的渗氮方法Page 8任务6.1表面化学热处理技术二、渗氮(
4、氮化)(一)气体渗氮(1) 渗氮后表面形成一极硬的合金氮化物，渗氮的硬度一般可达到6872HRC，不需要再 淬火便具有很高的表面硬度和耐磨，而且可以保持到600650而不明下降。(2)渗氮后钢的疲劳极限可提高15%35%。这是由于渗氮层的体积增大，使工件表面产生了残余压应力。(3)渗氮后的钢具有很高的抗腐蚀能力。(4)渗氮处理后，工件的变形很小，适合精密模具的表面强化。Page 9任务6.1表面化学热处理技术二、渗氮(氮化)(一)气体渗氮表6-2部分模具钢的气体渗氮工艺规范牌号处理方法渗氮工艺规范渗氮层深度/mm表面硬度阶段渗氮温度/时间/h氨分解率/%30CrMnSiA一段500525302
5、0300.20.358HRCCr12MoV 二段4805301825142736600.2720860HV40Cr一段4902415350.20.3600HV二段4801050010201520203050600.30.5600HV4Cr5MoV1Si一段5305501230600.150.2760800HVPage 10任务6.1表面化学热处理技术二、渗氮(氮化)(二)离子渗氮离子渗氮有如下特点：(1)渗氮速度快，生产周期短。(2)渗氮层质量高。(3)工件的变形小。(4)对材料的适应性强。Page 11任务6.1表面化学热处理技术二、渗氮(氮化)(二)离子渗氮表6-3部分模具钢的离子渗氮工艺
6、与使用效果模具名称模具材料离子渗氮工艺使用效果冲W18Cr4V500，6h提高24倍 模3Cr2W8V500，6h提高13倍 模5CrMnMo480，6h提高3倍冷 模W6Mo5Cr4V2500，2h提高1.5倍延模Cr12MoV500，2h提高5倍Page 12任务6.1表面化学热处理技术三、渗硫气体渗硫熔盐渗硫渗硫方法可按介质的物理状态Page 13任务6.1表面化学热处理技术四、碳氮共渗与氮碳共渗根据使用介质物理状况不同固体碳氮共渗气体碳氮共渗液体碳氮共渗(一)碳氮共渗Page 14任务6.1表面化学热处理技术四、碳氮共渗与氮碳共渗根据共渗温度的不同高温(900950)中温(700880
7、)低温(500600)(一)碳氮共渗Page 15任务6.1表面化学热处理技术四、碳氮共渗与氮碳共渗气体碳氮共渗的特点如下：(1)共渗层的力学性能综合了渗碳和渗氮的优点。(2)碳氮共渗使共渗层的奥氏体相温度降低。(3)氮的渗入使共渗层的奥氏体的稳定性提高，渗层的淬火性提高，这样共渗后除可以用冷却速度较缓慢的介质进行淬火而减少变形外，还可以用较便宜的碳素钢代替低合金钢制造某些模具。(4)气体碳氮共渗的速度大于单独渗碳或渗氮的速度，缩短了生产周期。Page 16任务6.1表面化学热处理技术四、碳氮共渗与氮碳共渗(二)氮碳共渗气体氮碳共渗所用的温度常采用560570， 23h。与气体渗氮相比，低温气
8、体氮碳共渗的特点有：(1)渗入温度低，时间短，工件变形小。(2)不受钢种限制，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。(3)能显著提高工件的疲劳极限、耐磨性和耐蚀性。(4)共渗层硬而具有一定的韧性，不易剥落。Page 17任务6.1表面化学热处理技术五、渗硼渗硼的特点如下：(1)渗硼层的硬度很高。(3)热硬性高。(2)耐蚀性高。(4)耐热性高。Page 18任务6.1表面化学热处理技术五、渗硼渗硼的特点如下：渗硼的方法液体渗硼气体渗硼固体渗硼Page 19任务6.1表面化学热处理技术五、渗硼表6-4部分模具渗硼的强化效果模具名称钢号淬火、回火态寿命渗硼态寿命冷冲裁模Cr
9、WMn0.5万件1万件 模30Cr3W5V100h261h 模5CrNiMo0.5万件1万件 用冲55 Ni2CrMnMo 100h240h杆成型模5CrMnMo2万件6万件冷六方螺母凹模Cr12MoV0.5万件6万件冷 凸模65Mn0.4万件2万件Page 20任务6.1表面化学热处理技术六、渗金属渗铬渗钒及TD法渗钒渗铌渗铬Page 21任6.2涂技一、电镀图6-3电镀装置示意图Page 22任6.2涂技一、电镀电镀基本工艺可以用流程表示为：磨光抛光脱脂水洗去锈水洗电镀酸洗碱洗清洗出槽。Page 23任6.2涂技二、电刷镀图6-4电刷镀工作原理示意图Page 24任6.2涂技二、电刷镀电刷
10、镀具有以下特点：(1)镀层质量高。(2)不受镀件、模具形状和大小的限制，设备简单，工艺灵活，操作方便，可在现场作业。(3)可以进行槽镀困难或实现不了的局部电镀。(5)操作安全，对环境污染小。(4)沉积速度快，生产率高。Page 25任6.2涂技三、化学镀化学镀是利用合适的还原剂，使溶液中的金属离子在经催化的表面上还原出金属镀层化学方法。Page 26任6.2涂技四、热浸镀热浸镀简称热镀，是将基体金属浸在熔融状态的另一种低熔点金属中，在其金属表面发生一系列物理和化学反应，形成一层保护膜的方法。Page 27任6.2涂技四、热浸镀保护气法溶剂法根据热浸镀前处理的方法不同Page 28任6.2涂技四
11、、热浸镀热浸镀工艺分镀前表面处理、助镀处理、热浸镀和镀后处理4个基本工艺阶段，主要工艺流程为：预镀件碱洗酸洗水洗稀盐酸处理水洗溶剂处理烘干热浸镀镀后处理。其中，溶剂处理是该工艺的重要环节，是提高镀层质量、防止漏镀的关键。Page 29任6.3其他表面理技一、热喷涂热喷涂工艺过程喷后处理喷涂喷涂前预处理Page 30任6.3其他表面理技一、热喷涂电热法燃气法根据所用热源的不同来分类激光热源法气体放电法Page 31任6.3其他表面理技一、热喷涂热喷涂技术具有如下特点：2134方法多样。可喷涂材料极为广泛。涂层广泛。工件不受限制。Page 32任6.3其他表面理技一、热喷涂热喷涂技术具有如下特点：
12、65涂层厚度可以控制。工艺简便且不受工件限制。Page 33任6.3其他表面理技二、激光表面处理激光表面处理的特点有：(2)能量利用率高，加热极为迅速并靠自激冷冷却。(1)能量集中，可对工件表面实行选择性处理。Page 34任6.3其他表面理技二、激光表面处理激光表面处理的特点有：(4)利用高能束可以对材料的表面实现相变硬化、微晶化、冲击加热硬化、覆层镀层合金化等多种表面改性处理，可产生用其他表面加热处理淬火强化难以达到的表面成分、组织、性能的改变。(3)畸变极小，可大大减少后续加工工时。Page 35任6.3其他表面理技二、激光表面处理6-5激光表面理装置示意Page 36任6.3其他表面理
13、技三、离子注入6-6离子注入装置示意Page 37任6.3其他表面理技三、离子注入离子注入技术与气相沉积、等离子喷涂、电子束和激光束热处理等表面处理工艺不同，其主要特点是：(1)离子注入是一个非热平衡过程，注入离子的能量很高，可以高出热平衡能量的23个数量级。原则上，元素周期表上的任何元素都可注入任何基体材料。(2)注入元素的种类、能量、剂量均可选择，用这种方法形成的表面合金，不受扩散和溶解度的经典热力学参数的限制，即可得到用其他方法得不到的新合金。Page 38任6.3其他表面理技三、离子注入离子注入技术与气相沉积、等离子喷涂、电子束和激光束热处理等表面处理工艺不同，其主要特点是：(3)离子
14、注入层相对于基体材料没有边缘清晰的界面，因此表面不存在粘附破裂或剥落的问题，与基体结合牢固。(4)离子注入控制电参量，故易于精确控制注入离子的密度分布，浓度分布可以通过改变注入能量加以控制。Page 39任6.3其他表面理技三、离子注入离子注入技术与气相沉积、等离子喷涂、电子束和激光束热处理等表面处理工艺不同，其主要特点是：(5)离子注入一般是在常温真空中进行，加工后的工件表面无形变，无氧化，能保持原有尺寸精度和表面粗糙度，特别适于高精密部件的最后工序。(6)可有选择地改变基体材料的表面能量，并在表面内形成压应力。Page 40任6.3其他表面理技四、气相沉积物理气相沉积(PVD)化学气相沉积
15、(CVD)按照过程的本质Page 41任6.3其他表面理技四、气相沉积(1)涂层具有很高的硬度(TiC为32004100HV，TiN为2450HV)、低的摩擦系数和自润滑性能，所以抗磨损性能良好。(2)涂层具有很高的熔点(TiC为3160，TiN为2950)，化学稳定性好，具有很好的抗粘着磨损能力，发生冷焊和咬合的倾向很小。(3)涂层具有较强的抗腐蚀能力。(4)涂层在高温下也具有良好的抗氧化能力。Page 42任6.3其他表面理技四、气相沉积(一)化学气相沉积(2)吸附于工件表面的各种物质发生表面化学反应。(1)反应气体向工件表面扩散并被吸附。(3)生成物质点聚集成晶核并增大。Page 43任
16、6.3其他表面理技四、气相沉积(一)化学气相沉积(5)沉积层与基体的界面发生元素的互扩散，形成镀层。(4)表面化学反应中产生的气体产物脱离工件表面返回气相。Page 44任6.3其他表面理技四、气相沉积(二)物理气相沉积物理气相沉积(简称PVD)是将金属、合金或化合物放在真空室中蒸发(或称溅射)，使这些气相原子或分子在一定条件下沉积在工件表面上的工艺。Page 45任6.3其他表面理技四、气相沉积(二)物理气相沉积离子镀真空溅射真空蒸镀、Page 46任6.3其他表面理技五、电子束表面处理电子束表面处理技术一般除表面淬火外，还可以进行表面重熔、表面合金化和表面非晶化，提高钢和铸铁的抗疲劳、耐磨
17、损和抗腐蚀性能。Page 47复习思考题1请解释下列技术术语：表面化学热处理、渗碳、渗氮、碳氮共渗、氮碳共渗、电镀、电刷镀、热喷涂、气相沉积、激光表面处理、离子注入、电子束表面处理。2模具表面处理的目的是什么？模具表面处理常用的方法有哪些？3碳氮共渗与渗碳相比有哪些特点？常用于什么场合？4渗硼的方法有哪几种？渗硼常适用于哪些模具？使用效果如何？5碳氮共渗与氮碳共渗有什么区别？各用于哪些场合？Page 48复习思考题6何谓渗金属？渗铬、渗钒性能上有什么特点？常用于哪些模具的表面处理？7电刷镀有何特点？在工艺、性能、应用上与电镀有何区别？8气相沉积有哪些方法？分别用于哪些模具的强化处理？9什么是化学镀？它有何工艺特点？10试比较激光表面处理、电子束表面处理、离子注入表面处理、气相沉积的工艺方法和性能特点？
