表面热扩渗技术

传统的压铸模具热处理工艺是淬火-回火,以后又发展了表面处理技术。由于可作为压铸模具的材料多种多样,同样的表面处理技术和工艺应用在不同的材料上会产生不同的效果。史可夫最近提出针对模具基材和表面处理技术的基材预处理技术,在传统工艺的基础上,对不同的模具材料提出适合的加工工艺,从而改善模具性能,提高模具寿命。热处理技术改进的另一个发展方向,是将传统的热处理工艺与先进的表面处理工艺相结合,提高压铸模具的使用寿命。如将化学热处理的方法碳氮共渗,与常规淬火、回火工艺相结合的NQN(即碳氮共渗-淬火-碳氮共渗)复合强化,不但得到较高的表面硬度,而且有效硬化层深度增加、渗层硬度梯度分布合理、回火稳定性和耐蚀性提高,从而使得压铸模具在获得良好心部性能的同时,表面质量和性能大幅提高。 表面热扩渗技术 这一类型中包括有渗碳、渗氮、渗硼以及碳氮共渗、硫碳氮共渗等。 渗碳和碳氮共渗 渗碳工艺应用于冷、热作和塑料模具表面强化中,都能提高模具寿命。如3Cr2W8V钢制的压铸模具,先渗碳、再经1140～1150℃淬火,550℃回火两次,表面硬度可达HRC56～61,使压铸有色金属及其合金的模具寿命提高1.8～3.0倍。进行渗碳处理时,主要的工艺方法有固体粉末渗碳、气体渗碳、以及真空渗碳、离子渗碳和在渗碳气氛中加入氮元素形成的碳氮共渗等。其中,真空渗碳和离子渗碳则是近20年来发展起来的技术,该技术具有渗速快、渗层均匀、碳浓度梯度平缓以及工件变形小等特点,将会在模具表面尤其是精密模具表面处理中发挥越来越重要的作用。 渗氮及有关的低温热扩渗技术 这一类型中包括渗氮、离子渗氮、碳氮共渗、氧氮共渗、硫氮共渗以及硫碳氮、氧氮硫三元共渗等方法。这些方法处理工艺简便、适应性强、扩渗温度较低(一般为480～600℃)、工件变形小,尤其适应精密模具的表面强化,而且氮化层硬度高、耐磨性好,有较好的抗粘模性能。 3Cr2W8V钢压铸模具,经调质、520～540℃氮化后,使用寿命较不氮化的模具提高2～3倍。美国用H13钢制作的压铸模具,不少都要进行氮化处理,且以渗氮代替一次回火,表面硬度高达HRC65～70,而模具心部硬度较低、韧性好,从而获得优良的综合力学性能。氮化工艺是压铸模具表面处理常用的工艺,但当氮化层出现薄而脆的白亮层时,无法抵抗交变热应力的作用,极易产生微裂纹,降低热疲劳抗力。因此,在氮化过程中,要严格控制工艺,避免脆性层的产生。最近,国外提出采用二次和多次渗氮工艺。 采用反复渗氮的办法可以分解容易在服役过程中产生微裂纹的氮化物白亮层,增加渗氮层厚度,并同时使模具表面存在很厚的残余应力层,使模具的寿命得以明显提高。此外还有采用盐浴碳氮共渗和盐浴硫氮碳共渗等方法。这些工艺在国外应用较为广泛,在国内较少见。如TFI+ABI工艺,是在盐浴氮碳共渗后再于碱性氧化性盐浴中浸渍。工件表面发生氧化,呈黑色,其耐磨性、耐蚀性、耐热性均得到了改善。经此方法处理的铝合金压铸模具寿命提高数百小时。再如法国开发的硫氮碳共渗后进行氮化处理的oxynit工艺,应用于有色金属压铸模具则更具特点。