模具表面强化处理及强韧化.pdfVIP

模具的强韧化和表面强化处理方法 工业自动化程度的提高，用模具成型的产品愈来愈多。目前在我国的许多企业中，模具的使用寿 命还比较低，仅相当于国外的1/5 或1/3。据统计，由于模具寿命低而造成浪费，以及对产品质量影响 所带来的损失，每年达数十亿人民币。实践证明，在模具设计和制造过程中，若能选用恰当的钢材， 确定合理的热处理工艺，妥善安排工艺路线，对充分发挥材料的潜在性能、减少能耗、降低成本、提 高模具的质量和使用寿命都将起到重大的作用。今后对模具的要求更严格，为了使之寿命更长，对强 韧化处理、表面处理的期待将愈来愈高。 模具使用寿命与许多因素有关，各种因素在模具失效中所占比例是： 热处理占52%； 原材料占20%； 使用占10%； 机械、电加工占8%； 锻造占7%； 设计占3%。 实际使用表明，在模具的全部失效中，由于热处理不当所引起失效居首位。 1、模具强韧化 鉴于模具苛刻的工作环境，为提高模具使用寿命，我们要求模具具有优良的整体强韧化性能。 此外，还要求模具具有优异的型腔表面耐磨性能，在这种情况下出现了对模具整体强韧化的基础上再 对其表面进行强化的各种处理。 在一般工艺条件下，往往强度与韧性之间存在着制约关系，材料强度增加，通常总伴随着材料韧 性的降低 。要求高强度的同时，又要求材料有较高的韧性，常常是很困难 的。但是采取强韧化处理的 措施，却能使钢的强度和韧性都能得到提高。多次冲击抗力的理论认为在同一强度水平下，随着冲击 韧性增加，多次冲击抗力提高，也就是破断次数N 增加 ；强度水平越高，冲韧性对多次冲击抗力所起 的作用就越大。因此，在含碳量较高的模具钢 中，采用强韧化处理，在保证模具主强度的条件下，适 当提高冲击韧性，使强度和韧性得到最佳配合，必然有利于进一步提高多次冲击抗力。 强韧化处理多种多样 ，但归结起来却基本上都是通过下列途径来取得强韧化效果的：充分利用 板条马氏体和下贝体组织形态，尽量减少片状马氏体；细化钢的奥氏体晶粒和过剩碳化物，获得马氏 体与具有良好塑性的第二相的复合组织；形变热处理。 1.1热作模具钢高温淬火和高温回火：热作模具钢5CrMnMo 采用850℃淬火，淬火时马氏体形态以片 状为主，如把淬火温度提高到900℃，使奥氏体充分均匀化，消除富碳微区，淬火后可得板条状马氏 体，从而提高了钢的回火稳定性，冲击韧性和断裂韧性，可延长模具寿命。 1.2 高温快速短时加热：于高碳钢模具在快速加热条件下，奥氏体化不均匀，组织中保留未溶碳化物， 奥氏体晶粒细小，并使奥氏体中固溶碳和合金元素量减少，提高了Ms 点，有利于板条马氏体的形成， 短时加热溶于奥体中的碳量可减少到0.6%以下，阻上了富碳区的形成，减少了片状马氏体量，提高 了韧性，可使模具得到较高强韧性。 1.3 高碳高合金钢的低温淬火：采用低温淬火时，奥氏体中碳和合金元素溶解度减少，Ms 点提高，可 获得较多的板条状马氏体，且奥氏体晶粒细小，在保证高硬度前提下具有较好韧性和强度，提高多冲 抗力，从而有效提高了模具寿命。 1.4 形变热处理是把钢的强化与相变强化结合起来的一种强韧化工艺。形变热处理的强韧化本质在于 获得细小的奥氏体晶粒、细化马氏体增加了马氏体中位错密度，并形成胞状亚结构，同时促进碳化物 的弥散硬化作用。 2、模具表面强化处理工艺的方法 模具表面强化处理工艺主要有气体氮化法、离子氮化法、电火花表面强化法、渗硼法、TD 法、 CVD 法、PVD 法、BRN 法、激光表面强化法等离子喷涂法等等。 2.1、气体氮化时，氨在氮化温度分解后产生活性氮原子为金属表面吸收渗入钢中，并且不断自表面向 内扩散，形成氮化层，经氮化处理后，表面硬度可达HV950-1200，并能提高模具的疲劳强度及提高 了抗咬合能力。 2.2、离子氮化法是将待处理的模具放在真空容器中，充以一定的压力的含氮气体然后以被处理模具 作阴极，以真空容器的罩壁作为阳极，在阴阳极之间加上400-600 伏的直流电压，阴阳极间便产生辉 光放电，容器里的气体被电离，在空间产生大量的电子与离子。在电场的作用下，正离子冲向阴极， 以很高速度轰击模具表面，将模具加热。高能正离子冲入模具表面，获得电子，变成氮原子被模具表 面吸收，并向内扩散形成氮化层，离子氮化可提高模具耐磨性和疲劳强度。 2.3 电火花表面强化是直接利用电能的高能量密度对表面进行强化处理的工艺。它是通过火花放电的 作用，把作为电极的导电材料溶渗进金属工作的表层，从而形成