模具表面强化技术第一章综述

模具型腔中表面强化技术的应用分析摘要：随着科学技术的飞速发展和人们生活水平的不断提高，当前人们逐渐对模具制造行业的发展重视起来。

众所周知，模具型腔制作是我们在进行模具制作过程中的重点施工环节，而模具型腔表面强化就是其中的重中之重。

机械相关零件粗加工和机械相关零件细加工中的主要程序都是由模具成型来完成的。

对模具型腔表面强化技术进行科学合理研究，可以在一定程度上提高模具使用寿命。

关键词：模具型腔；表面强化技术；应用分析和探讨广义来讲，当前最为常用的模具使用类型包括塑性变形失效模具、磨损失效模具、疲劳失效模具和冷热疲劳失效模具以及断裂失效模具五种。

为了有效防止模具失效，我们应该对模具型腔表面进行强化，其中强化分为主要包括硬度强化、耐磨强化和耐腐蚀强化以及抗疲劳抗高温氧化强化措施等。

所以应在对模具材料进行正确全面选取之外还应该对模具型腔表面实施适当强化操作以保证模具制作效率。

本文从有关模具型腔表面强化方法和强化特点以及强化目的等方面进行分层阐述，并对模具型腔表面强化机理等作出解释。

1.模具型腔中表面工况概述根据对当前各种模具工况的研究与分析可以看出，其工作条件存在这很大不同，并且此时失效形式也是各不相同。

需要注意的是，在同一副模具上其损伤形式多种多样，此种损伤形式大多数情况是以交叉损伤形式产生的，并且其之间关系是相互联系且相互影响的，此时加速磨具会过早失效。

热作模具制作是当前我国模具生产中的重点生产环节，因为热作模具会受到负荷影响并会使其中的金属材料产生塑性变形状况，另外一种可能的情况就是会使温度较高的液体金属压铸得以成形且相对炽热非金属注射也会成型。

金属材料发生一定塑性变形时会对整体模具生产造成影响，一般来讲，固体金属材料塑性变形模具主要包括热锻模和热镦模以及相关热挤压模等。

模腔被破坏变形的主要原因是有模具生产中的实际生产环境所造成的，其同时也是相应成型部分可逆变形和成型部分磨损以及成型部分产生裂纹等。

文献综述1 引言冲压模具是冲压生产必不可少的工艺装备，是技术密集型产品。

冲压件的质量、生产效率以及生产成本等，与模具设计和制造有直接关系。

模具设计与制造技术水平的高低，是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。

2005 年—2008 年，我国冲压模具产品均出口较大幅度的增长。

2009 年在全球高压锅炉管市场总需求量下降的情况下，国际采购商通过国内某网站采购冲压模具的数量仍逆势上扬。

我国冲压模具的国际竞争力正在不断提升。

根据我国海关统计资料显示，2005 年—2008 年，我国冲压模具产品均出口较大幅度的增长。

2008 年，即使遭受全球金融危机，我们冲压模具出口金额达4.11 亿美元，比2007 年的 3.26 亿美元增长了26。

另外，2009 年在全球高压锅炉管市场总需求量下降的情况下，国际采购商通过国内某网站采购冲压模具的数量仍逆势上扬。

从全年采购情况来看，总体趋于上涨的趋势。

其中，2009 年下半年回暖明显，国际采购商借此网站采购频次约616 频次，比上半年的288 频次增长了114％。

虽然近年来我国模具行业发展迅速，但是离国内的需要和国际水平还有很大的差距。

差距较大主要表现在：（1）标准化程度低。

（2）模具制造精度低、周期长。

解决这些问题主要体现在模具设计上，故改善模具设计的水平成为拉近差距的关键性问题。

若要很好的设计出一副冲压模具，就必须去了解冲压模具的历史、现状以及发展趋势。

2 主体 2.1 冲压模具的发展历史我国考古发现，早在2000 多年前，我国已有冲压模具被用于制造铜器，证明了中国古代冲压成型和冲压模具方面的成就就在世界领先。

1953 年，长春第一汽车制造厂在中国首次建立了冲模车间，该厂于1958 年开始制造汽车覆盖件模具。

我国于20 世纪60年代开始生产精冲模具。

在走过了温长的发展道路之后，目前我国已形成了300 多亿元（未包括港、澳、台的统计数字，下同）各类冲压模具的生产能力。

模具表面强化技术的介绍一、扩散法金属碳化物覆层技术介绍1 、技术简介扩散法金属碳化物覆层技术是将工件置于特种介质中，经扩散作用于工件表面形成一层数微米至数十微米的金属碳化物层。

该碳化物层具有极高的硬度，HV 可达1600~3000 （由碳化物种类决定），此外，该碳化物履层与基体冶金结合，不影响工件表面光洁度，具有极高的耐磨、抗咬合（粘结）、耐蚀等性能，可大幅度提高工模具及机械零件的使用寿命。

2、与相关技术的比较通过在工件表面形成超硬化合物膜层的方法，是大幅度提高其耐磨、抗咬合（抗粘结）、耐蚀等性能，从而大幅度提高其使用寿命的有效而经济的方法。

目前，工件表面超硬化处理方法主要有物理气相沉积（PVD）,化学气相沉积（CVD）,物理化学气相沉积（PCVD）,扩散法金属碳化物履层技术，其中，PVD 法具有沉积温度低，工件变形小的优点，但由于膜层与基体的结合力较差，工艺绕镀性不好，往往难以发挥超硬化合物膜层的性能优势。

CVD 法具有膜基结合力好，工艺绕镀性好等突出优点，但对于大量的钢铁材料而言，其后续基体硬化处理比较麻烦，稍有不慎，膜层就易破坏。

因此其应用主要集中在硬质合金等材料上。

PCVD法沉积温度低，膜基结合力及工艺绕镀性均较PVD法有较大改进，但与扩散法相比，膜基结合力仍有较大差距，此外由于PCVD 法仍为等离子体成膜，虽然绕镀性较PVD 法有所改善，但无法消除。

由扩散法金属碳化物覆层技术形成的金属碳化物覆层，与基体形成冶金结合，具有PVD、PCVD无法比拟的膜基结合力，因此该技术真正能够发挥超硬膜层的性能优势，此外，该技术不存在绕镀性问题，后续基体硬化处理方便，并可多次重复处理，使该技术的适用性更为广泛。

3、技术优势扩散法金属碳化物覆层技术在日本、欧洲各国、澳大利亚、韩国等国应用广泛。

据调查，许多进口设备上的配套模具大量地使用了该技术，这些模具在进行国产化时，由于缺乏相应的成熟技术，往往使模具寿命低，有些甚至无法国产化。

模具表面强化处理技术模具是作为制造业的重要工艺装备，它的使用性能，特别是使用寿命反映了一个国家的工业水平，并直接影响到产品的更新换代和在国际市场上的竞争能力。

因此，各国都非常重视模具工业的发展和模具寿命的提高工作。

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新的表面强化工艺，本文着重四个方面介绍，供同行参考。

一、低温化学热处理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，可重新投入使用，从而可大大地提高模具的总使用寿命。

模具表面强化技术的介绍一、扩散法金属碳化物覆层技术介绍1、技术简介扩散法金属碳化物覆层技术是将工件置于特种介质中，经扩散作用于工件表面形成一层数微米至数十微米的金属碳化物层。

该碳化物层具有极高的硬度，HV可达1600~3000（由碳化物种类决定），此外，该碳化物履层与基体冶金结合，不影响工件表面光洁度，具有极高的耐磨、抗咬合（粘结）、耐蚀等性能，可大幅度提高工模具及机械零件的使用寿命。

2、与相关技术的比较通过在工件表面形成超硬化合物膜层的方法，是大幅度提高其耐磨、抗咬合（抗粘结）、耐蚀等性能，从而大幅度提高其使用寿命的有效而经济的方法。

目前，工件表面超硬化处理方法主要有物理气相沉积（PVD），化学气相沉积（CVD），物理化学气相沉积（PCVD），扩散法金属碳化物履层技术，其中，PVD法具有沉积温度低，工件变形小的优点，但由于膜层与基体的结合力较差，工艺绕镀性不好，往往难以发挥超硬化合物膜层的性能优势。

CVD法具有膜基结合力好，工艺绕镀性好等突出优点，但对于大量的钢铁材料而言，其后续基体硬化处理比较麻烦，稍有不慎，膜层就易破坏。

因此其应用主要集中在硬质合金等材料上。

PCVD法沉积温度低，膜基结合力及工艺绕镀性均较PVD 法有较大改进，但与扩散法相比，膜基结合力仍有较大差距，此外由于PCVD法仍为等离子体成膜，虽然绕镀性较PVD法有所改善，但无法消除。

由扩散法金属碳化物覆层技术形成的金属碳化物覆层，与基体形成冶金结合，具有PVD、PCVD无法比拟的膜基结合力，因此该技术真正能够发挥超硬膜层的性能优势，此外，该技术不存在绕镀性问题，后续基体硬化处理方便，并可多次重复处理，使该技术的适用性更为广泛。

3、技术优势扩散法金属碳化物覆层技术在日本、欧洲各国、澳大利亚、韩国等国应用广泛。

据调查，许多进口设备上的配套模具大量地使用了该技术，这些模具在进行国产化时，由于缺乏相应的成熟技术，往往使模具寿命低，有些甚至无法国产化。

浅析常用模具表面强化处理技术DOI:10.16660/j。

cnki.1674-098X。

2017。

11。

052摘要：现代模具工业有“不衰亡工业"之称，模具设计与制造技术已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定着产品质量、企业效益和新型产品的开发能力，而模具的工作环境直接影响其使用寿命。

除合理选择模具材料、制定正确的制造加工方法以外,需对模具零部件采取相应的表面强化处理技术，提高模具质量，延长其服务年限.关键词：模具模具寿命表面强化处理技术热处理方法中图分类号：TG162.4 文献标识码：A 文章编号：1674—098X(2017)04（b）-0052—02模具作？橐恢指咝?率、高精度的生产工具，广泛用于电子、机械、农业、化工等各个行业。

模具的工作条件恶劣，在使用过程中常承受着各种各样的力的作用，常因磨损、腐蚀、断裂等形式而报废失效，而模具的失效一般都是由表面磨损开始的，模具失效将直接影响到成型产品质量、企业生产经济效益等。

模具质量决定一切，那么正确制定制造加工方法、合理选择模具材料及热处理方法,对模具零部件进行相应的表面强化处理,延缓模具材料的表面破坏将有效提高模具质量，延长模具的使用寿命，促使产业利益最大化。

1 模具表面强化处理模具表面处理的目的是使模具基体材料表面获得原本没有的性能，或者是进一步提高模具原本具备的性能，这些性能主要是指模具材料表面的耐磨性、抗氧化性、抗咬合性、抗冲击性、抗热粘附性、抗冷热疲劳性及抗腐蚀性等。

模具强化处理归纳总结为化学热处理强化、表面热处理强化、表面镀覆强化、高能束表面强化技术(高密度能表面强化)、模具钢的预硬化技术等五种强化技术。

2 化学热处理强化模具化学热处理强化是将模具加热到一定的温度与特定的活性介质起化学反应，使一种或几种元素渗入模具材料表层，从而改变模具材料表层的化学成分、组织和性能的热处理工艺。

模具的化学热处理方法可分为渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼和渗金属等。

浅谈模具钢H13的表面强化技术及发展趋势摘要随着高科技的迅猛发展，人们改善材料的性能，扩大其能力，延长了零件的使用寿命和设备，以改善经济，提出了更高的要求。

失败的许多部分是由于该材料的表面不能由于服务的苛刻条件下，如磨损，腐蚀和表面氧化指南。

提高材料的表面性能，延长机件的使用寿命和材料起着非常重要的作用，它诞生于表面强化技术是潜力得到了快速发展，已被广泛重要性，成为当前材料科学研究中的重点领域之一。

H13钢是最具代表性的热作模具之一，其传统的热处理工艺得到不断完善和优化的表面改性工艺打破了传统的表面热处理的限制，在表面涂层和高能束表面处理方面得到了极大的发展。

本论文选题的意义主要在于通过对模具钢H13的表面强化技术的综述，总结出为提高模具寿命的表面强化方法、工艺及发展趋势。

应用各种表面强化技术可以充分发挥材料的潜力、节约能源；制备特殊的表面强化层;提高经济效益。

关键字：模具钢；表面强化；H13AbstractWith the rapid development of high technology , it improve the performance of materials, expanding its ability to extend the life of parts and equipment to improve the economy, put forward higher requirements. Many parts of the failure is due to the surface of the material can not be due to the harsh conditions of service , such as wear, corrosion and surface oxidation guide . Improve the surface properties of materials to extend the life of parts and materials plays a very important role, it was born in the surface potential of enhanced technology has been rapid development , has been widely importance , become the focus in the field of materials science one .H13 steel is one of the most representative of hot die , its traditional heat treatment process has been continuously improved and optimized surface modification technology to break the traditional limitations of surface treatment , surface coating and high-energy beam surface treatment has been great development. The significance of this topic by topic lies mainly H13 tool steel surface enhanced technical review , summed up in order to improve surface hardening methods, processes and trends die life . Application of surface enhancement technology can realize the full potential of materials, energy saving ; preparation of special surface hardening layer ; improve economic efficiency .Keywords: mold steel;surface hardening;H13目录摘要 (2)Abstract (3)1 H13模具钢应用及模具表面强化技术的综述 (5)1.1综述H13在模具行业的广泛应用 (5)1.2模具表面强化技术的必要性 (6)2 H13模具钢不改变表面化学成分的强化技术的综述 (8)2.1综述不改变表面化学成分的强化技术原理及介绍应用现状 (8)2.2激光处理和表面镀膜的原理及应用 (8)2.2.1 激光表面处理 (8)2.2.2 表面镀膜处理 (8)3 H13模具钢改变表面化学成分的强化技术的综述 (10)3.1综述改变表面化学成分的强化技术原理及应用现状； (10)3.2离子化学处理和渗金处理的原理及应用 (10)4 H13模具钢表面强化技术对比剂发展趋势 (12)5 结束语 (13)参考文献 (14)1 H13模具钢应用及模具表面强化技术的综述1.1综述H13在模具行业的广泛应用模具材料模具行业是最重要的技术和物质基础，其性能，质量，服务模具，模具制造周期以及工业产品的生命高档，多元化，个性化的和具有决定性意义的增值发展方向，因而模具材料的研究一直是各国的重视。

第9章模具的热处理及表面强化技术模具热处理及表面强化是模具制造中的关键工艺之一，直接关系到模具的制造精度、力学性能(如强度等)、使用寿命以及制造成本，是保证模具质量和使用寿命的重要环节。

模具在实际生产使用中表明，在模具的全部失效中，由于热处理不当所引起的失效居于首位。

在模具设计制造过程中，若能正确选用钢材，选择合理的热处理及表面强化技术工艺，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。

当前模具热处理技术发展较快的领域是真空热处理技术和模具的表面强化技术。

9.1模具的热处理9.1.l模具钢的热处理模具钢的热处理工艺是指模具钢在加热、冷却过程中，根据组织转变规律制定的具体热处理加热、保温和冷却的工艺参数。

根据加热、冷却方式及获得组织和性能的不同，热处理工艺可分为常规热处理、表面热处理（表面淬火和化学热处理等）等。

根据热处理在零件生产工艺流程中的位置和作用，热处理又可分为预备热处理和最终热处理。

模具钢的常规热处理主要包括退火、正火、淬火和回火。

由于真空热处理技术具有防止加热氧化、不脱碳、真空除气、变形小及硬度均匀等特点，近年来得到广泛的推广应用。

1.退火工艺退火一般是指将模具钢加热到临界温度以上，保温一定时间，然后使其缓冷至室温，获得接近于平衡状态组织的热处理工艺。

其组织为铁素体基体上分布着碳化物。

目的是消除钢中的应力，降低模具材料的硬度，使材料成分均匀，改善组织，为后续工序(机加工、冷加工成形、最终热处理等)做准备。

退火工艺根据加热温度不同可分为：1）完全退火将模具钢加热到临界温度A c3以上20~30℃，保温足够的时间，使其组织完全奥氏体化，然后缓慢冷却，以获得接近平衡状态组织的热处理工艺。

其目的是为了降低硬度、均匀组织、消除内应力和热加工缺陷、改善切削加工性能和冷塑性变形性能，为后续热处理或冷加工做准备。

2）不完全退火将钢加热到A c1~A c3（亚共析钢）或A c1~A ccm（过共析钢）之间，保温一定时间后缓慢冷却，以获得接近于平衡组织的热处理工艺。