模具的强韧化及表面强化处理工艺-【新闻】网络交换机

模具的强韧化及表面强化处理工艺

随着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2/3或2/5。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52.2%；

原材料占27.8%；

使用占22%；

机械、电加工占8.9%；

锻造占7.8%；

设计占3.3%。

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。

一、模具强韧化工艺

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。

我们知道，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。

2、热作模具钢高温淬火和高温回火：热作模具钢5CrMnMo采用852℃淬火，淬火时马氏体 形态以片状为主，如把淬火温度提高到922℃，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。

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2.6%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。

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。

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。

二、模具表面强化处理工艺

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、PVD法、饺硬铬法、激光表面强化法、堆焊法等离子喷涂法等等。

2、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HV952-2222，并能使模具具有很高的红硬性和高的疲劳强度，并提高了模具表面光洁度和抗咬合能力。

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422-622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。

3、电火花

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