模具表面强化处理工艺

来源:热处理技术图解手册作者:夏立芳

目前,我国模具的寿命还不高,模具消耗量很大,因此,提高我国的模具寿命是一个十分迫切的任务。模具热处理对使用寿命影响很大。我们经常接触到的模具损坏多半是热处理不当而引起。据统计,模具由于热处理不当,而造成模具失效的占总失效率的50%以上,所以国外模具的热处理,愈来愈多地使用真空炉、半真空炉和无氧化保护气氛炉。模具热处理工艺包括基体强韧化和表面强化处理。基体强韧化在于提高基体的强度和韧性,减少断裂和变形,故它的常规热处理必须严格按工艺进行。表面强化的主要目的是提高模具表面的耐磨性、耐蚀性和润滑性能。表面强化处理方法很多,主要有渗碳渗氮、渗硫、渗硼、氮碳共渗、渗金属等。采用不同的表面强化处理工艺,可使模具使用寿命提高几倍甚至于几十倍,近几年又出现了一些表面强化工艺,本文着重介绍其中的三大工艺。

1.离子渗氮,为了提高模具的抗蚀性、耐磨性、抗热疲劳和防粘附性能,可采用离子渗氮。离子渗氮的突出优点是显著地缩短了渗氮时间,可通过不同气体组份调节控制渗层组织,降低了渗氮层的表面脆性,变形小,渗层硬度分布曲线较平稳,不易产生剥落和热疲劳。可渗的基体材料比气体渗氮广,无毒,不会爆炸,生产安全,但对形状复杂模具,难以获得均匀的加热和均匀的渗层,且渗层较浅,过渡层较陡,温度测定及温度均匀性仍有待于解决。

离子渗氮温度以450~520为宜,经处理6~9h后,渗氮层深约0.2~0.3mm。温度过低,渗层太薄;温度过高,则表层易出现疏松层,降低抗粘模能力。离子渗氮其渗层厚度以0.2~0.3mm为宜。磨损后的离子渗氮模具,经修复和再次离子渗氮后,可投入使用,从而可大大地提高模具的总使用寿命。

 2.氮碳共渗,氮碳共渗工艺温度较低(560~570),变形量小,经处理的模具钢表面硬度高达900~1000HV,耐磨性好,耐蚀性强,有较高的高温硬度,可用于压铸模、冷镦模、冷挤模、热挤模、高速锻模及塑料模,分别可提高使用寿命1~9倍。但气体氮碳共渗后常发生变形,膨胀量占化合物厚度的25%左右,不宜用于精密模具。处理前必经去退火和消除残余。

 例如:Cr12MoV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,可使模具寿命提高3倍。又如:60Si2钢制冷镦螺钉冲头,采用预先渗氮、短时碳氮共渗、直接淬油、低温淬火及较高温度回火处理工艺,可改善心部韧性,提高冷镦冲头寿命2倍以上。碳氮共渗工艺如图1所示。

3.碳氮硼三元共渗,三元共渗可在渗氮炉中进行,渗剂为含硼有机渗剂和氨,其比例为17,共渗温度为600,共渗时间4h,共渗层化合物层厚3~4μm,扩散层深度为0.23mm,表面硬度为HV011050。经共渗处理后模具的寿命显著提高

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