模具钢的表面强化技术，改善模具的综合性能

为了提高模具的使用寿命，不仅需要高质量、性能好的模具材料，还应该采取合理的热处理工艺来提高它的使用性能，但常规的总体淬火已很难满足模具高的表面耐 磨性和基体的强韧性要求。表面强化技术不仅能提高模具表面的耐磨性及其他性能，而且能使基体保持足够的强韧性。这对改善模具的综合性能，节约合金元素，大 幅度降低成本，充分发挥材料的潜力，以及更好地利用新材料，都是十分有效的。
东莞市弘超模具科技有限公司根据生产实践表明，表面强化技能是提高模具质量和延长模具使用寿命的重要措施。常用的表面强化技术有以下几种：
⒈化学热处理
化学热处理是将模具加热到一定温度与介质发生化学反应，使其表面按需要渗入一定量的其他元素，从而改善其表层的化学成分、组织与性能、从而有效地提高模具 表面的耐磨性、耐蚀性、抗氧化和抗咬合等性能，使模具的寿命有显著的提高。几乎所有的化学热处理工艺均可用于模具热处理。
⑴、渗碳和渗氮共渗
渗碳是目前机械工业中应用最广泛的一种化学热处理方法。其工艺特点是将低高碳的低合金模具钢和中高碳的高合金模具钢在增碳的活性介质中（渗碳剂）加热到 900~930℃使碳原子渗入模具表面层，继之以淬火并低温回火，使模具的表层和心部具有不同的成分、组织和性能。渗碳又分为固体渗碳、液态渗碳、气体渗 碳。近期又发展到可控气氛渗碳、真空渗碳、苯离子渗碳等。东莞市弘超模具科技有限公司专业销售日本大同模具钢和瑞典Uddeholm高品质模具钢。
渗氮共渗是模具零件表层同时渗入碳氮的热处理过程。
3Cr2W8V钢压铸模具，先渗碳再经1150℃淬火，550℃回火两次，表面硬度可达58~61HRC,使用寿命可提高1.8~3倍。6CrW3Mo2VNb等基体钢有高的强韧性，但其表面的耐磨性常常较差，用这类钢制造的模具进行渗碳或渗氮共渗，可显著提高其使用寿命。
⑵、渗氮或氮碳共渗
将氮渗 入钢表面的过程称为钢的氮化。氮化能使模具零件获得比渗碳更高的表面硬度、耐磨性能、疲劳性能、红硬性和耐蚀性能。因为氮化温度较低（500~570℃），氮化后模具零件变形较小。
渗氮方法有固体渗氮、液态渗氮、气体渗氮。目前正在广泛应用离子渗氮、真空渗氮、电解催渗渗氮、高频渗氮等新技术，缩短了渗氮时间，并可获得高质量的渗氮层。
渗碳共渗是在含有活性碳、氮原子的介质中同时渗入氮和碳，并以渗氮为主的低温氮碳共渗工艺（530~580℃），渗碳共渗的渗层脆性小，共渗时间比渗氮时间大为缩短。压铸模、热挤压模经氮碳共渗后，可显著提高其热疲劳性能。
生产实践证明，经过渗氮和氮碳共渗的合金钢模具其使用寿命，均有较大幅度提高。
⑶、氧氮共渗、硫氮共渗、硫氮碳共渗、稀土催渗和多元共渗
在气体渗氮的同时，通入含氧介质（一般是空气，体积分数在5%以下），可实现模具钢的氧氮共渗，其兼有渗氮和蒸汽处理的结果。由于氧降低了氢分压，提高了 氮原子活性，加快了渗入速度，因此氧氮共渗的化合物层和扩散层的厚度要比相应的酒精-氨作渗剂的氮碳共渗层要厚，特别是化合物层要厚50%~100%，而 且没有脆性，模具氧氮共渗后，其使用寿命比氮碳共渗有大幅度提高。氧氮共渗温度为540~590℃，保温时间1~3h。
气体硫氮共渗是在渗氮炉内进行，渗剂为氨（体积分数为30%~50%）和硫化氢（体积分数为0.02%）。气体硫氮碳共渗则采用通氨滴硫脉熔液，共渗温度 一般为540~570℃，共渗时间为1~3h。硫能与铁形成化合物FeS和FeS2，覆盖在表层，可以降低摩擦因数，有效地提高 表面抗咬合和抗擦伤的能力。此工艺在模具上使用后，模具使用寿命有明显提高。近年来已发展了氧、硫、硼、氮、碳五元共渗工艺，五元共渗后，能在模具表面形 成碳化物、硫化物、氧化物、硼化物和氮化物，使模具表层的硬度明显提高，扩散层中则渗入了氮和碳，硬度也有所提高，模具的使用寿命能大幅度提高。
许多单位的生产实践表明，在化学热处理加入少量稀土元素，有较明显的催渗效果，加速：[C]、[N]、[B]等活性轻原子的产生，可改变工件表面化学成 分、结构，改善材料性能，提高渗剂的使用，从而发展了稀土氮共渗、稀土氮碳共渗等新工艺。减少了渗氮和氮碳共渗时间，提高了产品质量，增加了模具使用寿 命。
⑷、渗硼和渗金属
渗硼是模具制造行业常用的一种高温化学热处理工艺。按所用介质的物理状态，渗硼可分为固体渗硼、液体渗硼、气体渗硼、膏剂渗硼和电解渗硼等。固体渗硼的温 度为800~950℃，保温时间2~6h，硼化物层的厚度为0.10~0.20mm，固体渗硼后表层的硬度高达 1400~2800HV，http://www.hongchao-dg.cn优点是设备简单、操作方便、工件表面易清洗，因而应用广泛。渗硼层较脆、扩 散层较薄，对渗层的支撑力强，为此，可采用硼氮共渗，或硼碳氮共渗，以加强过渡区，使其硬度变化平缓。稀土元素可明显提高渗硼速度，使渗层均匀致密，提高 其与基体间的结合力。渗硼后的零件可进行渗硼后的热处理以求渗层与基体性能的合理配合。
渗硼热处理工艺常应用与各种冷作模具上，由于耐磨性的提高，模具的使用寿命可提高数倍或十余倍。采用中碳钢渗硼有时可取代高合金钢制作模具。渗硼也可应用于热作模具，如热挤压模等。
随着工业的发展，对钢材的性能提出了更多的特殊要求。采用渗金属的化学热处理方法，可使模具的表面获得特殊性能，以满足使用要求。渗金属包括渗铬、渗钒、 渗铌、渗钛等工艺均可应用于处理冷作模具和热作模具。熔盐渗金属法（熔盐碳化物覆层工艺和TD法），可在钢的表面获得一系列高硬度碳化物，渗层硬度高达 1800~3200HV，可使模具的使用寿命提高几倍乃至十几倍。东莞市弘超模具科技有限公司专业销售日本大同模具钢和瑞典Uddeholm高品质模具钢，配套专业的技术服务。
⒉高能束表面强化技术
以极大密度的能量瞬时供给模具表面，使其发生相变硬化、熔化快速凝固和表面合金化效果的热处理称高能束表面强化技术（也称高密度表面强化），其热源通常是指激光、电子束、离子束等。
其共同特点：加热速度快、工件变形小、不需冷却介质，可控性能好、便于实现自动化处理。国内常采用激光表面相变硬化、小尺寸电子束和中等功率的离子注入来提高模具的表面硬度，并取得较好的效果。
⒊模具表面气相沉积强化
气相沉积按形式的基本原理，可分为化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD）。气相沉积在模具表面覆盖一层厚度为0.5~10μm的过度族元素（Ti、V、Cr、W、Nb等）的碳、氮、氧、硼化合物或单一的金属及非金属涂层。
气相沉积层具有很高的硬度、低的摩擦因数和自润滑性能，抗磨粒磨损性能良好，并有很强的抗蚀能力和良好的抗大气氧化能力，是一种很有前途的新型模具表面强化技术。
CVD是采用化学成分使方法使反应气体在模具基材表面发生化学反应形成覆盖层的方法，可获得超硬内磨镀层，是提高模具使用寿命的有效途径。
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支在一定条件下在模具表面上沉淀的工艺称物理气相沉积（简称PVD）。物理气相沉 积可分为真空蒸镀、阴极溅射镀和离子镀三类，具有处理温度低、沉积速度快、无公害等特点，十分适合模具的表面强化，可大大提高模具的使用寿命。