第六章模具表面处理技术

提高硬度、耐磨性、热硬性 提高硬度、强度、耐磨性、耐疲劳性、抗蚀性 提高硬度、强度、耐磨性、耐疲劳性、抗蚀性
挤压模冲头、芯杆针尖 冷、热挤压模等 热挤压模、冲头针尖
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第六章模具表面处理技术
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
6.1 表面化学热处理技术
•三、渗硫
•渗 硫方 法可 按介 质的 物理 状态
•熔盐渗硫 •气体渗硫
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第六章模具表面处理技术
6.1 表面化学热处理技术
•四、碳氮共渗与氮碳共渗
•(一)碳氮共渗
•液体碳氮共 渗
•固体碳氮共渗
•根据使用介 质物理状况不
同
•气体碳氮共渗
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第六章模具表面处理技术
6.2 涂 镀 技 术
•二、电刷镀
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•图6-4 电刷镀工作原理示意图
第六章模具表面处理技术
6.2 涂 镀 技 术
•二、电刷镀
•电刷镀具有以下特点： •(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。
•(4) 共渗层硬而具有一定的韧性，不易剥落。
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第六章模具表面处理技术
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。
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第六章模具表面处理技术
6.1 表面化学热处理技术
•五、渗硼
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第六章模具表面处理技术
6.3 其他表面处理技术
•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。
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第六章模具表面处理技术
6.1 表面化学热处理技术
•一、渗碳
•(一)气体渗碳
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•气体渗碳是将工件置于密闭的渗碳炉中加热 到900～950℃(常用930℃)，通入渗碳气体( 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。
挤压模、拉深模
提高硬度、强度、耐磨性、耐疲劳性、抗蚀性
挤压模、冲头针尖
提高硬度、耐磨性、耐热疲劳性、抗蚀性、抗粘附性、 抗氧化性
挤压模
提高硬度、耐磨性、抗蚀性、抗粘附性、抗氧化性 挤压模、拉深模
镀硬铬
降低表面粗糙度，提高表面硬度、耐疲劳性、抗蚀性 挤压模、拉深模等
钴基合金堆焊 电火花表面强化 喷丸处理
第六章__模具表面处理 技术
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2020/11/30
第六章模具表面处理技术
•表6-1 模具表面处理技术的作用及应用
处理工艺 渗碳 渗氮
离子渗碳
碳氮共渗
氮碳共渗
渗硼 碳氮硼三元共渗 盐浴覆层 (TD处理) 渗铬
作用
应用
提高硬度(52～56HRC)、耐磨性、耐疲劳性
挤压模、穿孔工具等
提高硬度、耐磨性、抗粘附性、热硬性、耐疲劳性、抗 蚀性(但周期长，表面有白色脆化层)
•渗硼的特点如下：
•固体渗硼
•液体渗硼
•渗硼的方法
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•气体渗硼
第六章模具表面处理技术
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
冷冲裁模
CrWMn
0.5万件
热挤压模
30Cr3W5V
100h
热锻模
5CrNiMo
0.5万件
热锻用冲头
55 Ni2CrMnMo
•(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2～3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。
6.3 其他表面处理技术
•二、激光表面处理
•图6-5 激光表面处理装置示意图
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第六章模具表面处理技术
6.3 其他表面处理技术
•三、离子注入
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•图6-6 离子注入装置示意图
第六章模具表面处理技术
6.3 其他表面处理技术
•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：
6.3 其他表面处理技术
•一、热喷涂
•喷涂前预处 理
•喷后处理
•热喷涂工艺过 程
•喷涂
•利用热源将金属或非金属材料熔化、半熔化或软化， 并以一定速度喷射到基体表面，形成涂层的方法
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第六章模具表面处理技术
6.3 其他表面处理技术
•一、热喷涂
•根 据所 用热 源的 不同 来分 类
•燃气法 •气体放电法 •电热法 •激光热源法
•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。
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第六章模具表面处理技术
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与使用效果
•(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。
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第六章模具表面处理技术
6.1 表面化学热处理技术
•二、渗氮(氮化)
•(一)气体渗氮
40Cr 二段
Ⅰ Ⅱ
480±10 500±10
20 15～20
20～30 50～60
0.3～0.5
表面硬度
>58HRC 720～ 860HV
≥600HV
≥600HV
4Cr5MoV1 Si
一段
—
530～550
12
30～60
0.15～0.2
760～ 800HV
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第六章模具表面处理技术
6.1 表面化学热处理技术
6.1 表面化学热处理技术
•四、碳氮共渗与氮碳共渗
•(一)碳氮共渗
•低温(500～ 600℃)
•高温(900～950℃)
•根据共渗温 度的不同
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•中温(700～880℃)
第六章模具表面处理技术
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。
挤压模、冷挤模等
可消除表面白色的脆化层，耐磨性、耐疲劳性和变形均 优于氮化
挤压模、挤压工具等
相比渗碳和渗氮，具有更高的硬度、耐磨性、耐疲劳性、成型模、冷挤模、热挤模和模
热硬性、热强性，生产周期短
架等
提高硬度、耐磨性、抗粘附性、抗蚀性、耐热疲劳性
冷挤模、拉深模、挤压模穿孔 针
具有极好的表面硬度、耐磨性、抗粘附性、抗氧化性、 热硬性、良好的抗蚀性
100h
连杆热成型模
5CrMnMo
2万件
冷镦六方螺母凹模
Cr12MoV
0.5万件
冷轧顶头凸模
65Mn
0.4万件
渗硼态寿命 1万件 261h 1万件 240h 6万件 6万件 2万件
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第六章模具表面处理技术
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 •渗铝
第六章模具表面处理技术
6.1 表面化学热处理技术
•一、渗碳
•(二)固体渗碳
•图6-1 滴注式气体渗碳炉工作示意 •图6-2 固体渗碳装箱示意
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第六章模具表面处理技术
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。
•(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。
•表6-2 部分模具钢的气体渗氮工艺规范
牌号
处理 方法
30CrMnSi A
一段
Cr12MoV 二段
阶段 — Ⅰ Ⅱ
渗氮工艺规范 渗氮温度/℃ 时间/h
500±5
25～30
480
18
530
25
氨分解率 /%
20～30
渗氮层 深度/mm
0.2～0.3
14～27 36～60
≤0.2
一段
490
24
15～35 0.2～0.3
6.2 涂 镀 技 术
•四、热浸镀
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•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。
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第六章模具表面处理技术
6.1 表面化学热处理技术
•二、渗氮(氮化)
•气体渗氮
•常
用
•离子渗氮
的
渗
•真空渗氮
氮
方
•电解催渗渗氮
法
•氮碳共渗
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6.1 表面化学热处理技术
•二、渗氮(氮化)
•(一)气体渗氮
•(1) 经过渗氮后钢表面形成一层极硬的合金氮化物，渗氮层的硬 度一般可达到68～72HRC，不需要再经过淬火便具有很高的表面 硬度和耐磨层，而且还可以保持到600～650℃而不明显下降。
模具名称
模具材料
离子渗氮工艺
使用效果
冲头
W18Cr4V
500～，6h
提高2～4倍
铝压铸模
3Cr2W8V
500～，6h
提高1～3倍
热锻模
5CrMnMo
480～，6h
提高3倍
冷挤压模
W6Mo5Cr4V2
500～，2h
提高1.5倍
压延模
Cr12MoV
500～，2h
提高5倍
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第六章模具表面处理技术
6.2 涂 镀 技 术
•一、电镀
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•图6-3 电镀装置示意图
第六章模具表面处理技术
6.2 涂 镀 技 术
•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。
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第六章模具表面处理技术
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第六章模具表面处理技术
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560～570℃，时间为2～3h。 与气体渗氮相比，低温气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。
•二、激光表面处理
•激光表面处理的特点有：
•(3) 畸变极小，可大大减少后续加工工时。
•(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。
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第六章模具表面处理技术
•(4) 沉积速度快，生产率高。
•(5) 操作安全，对环境污染小。
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第六章模具表面处理技术
6.2 涂 镀 技 术
•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。
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6.2 涂 镀 技 术
•四、热浸镀
•6
•工艺简便且不受工件限制。
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第六章模具表面处理技术
6.3 其他表面处理技术
•二、激光表面处理
•激光表面处理的特点有：
•(1) 能量集中，可对工件表 面实行选择性处理。
•(2) 能量利用率高，加热极 为迅速并靠自激冷冷却。
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第六章模具表面处理技术
6.3 其他表面处理技术
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第六章模具表面处理技术
6.3 其他表面处理技术
•一、热喷涂
•热喷涂技术具有如下特点：
•1
•方法多样。
•2
•工件不受限制。
•3
•可喷涂材料极为广泛。
•4
•涂层广泛。
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第六章模具表面处理技术
6.3 其他表面处理技术
•一、热喷涂
•热喷涂技术具有如下特点：
•5
•涂层厚度可以控制。
•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。
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第六章模具表面处理技术
6.2 涂 镀 技 术
•四、热浸镀
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•根 据热 浸镀 前处 理的 方法 不同
•溶剂法 •保护气法
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