原標題：模具鋼先進的熱處理技術

鎳基高溫合金國內外材質總和

模具制造的成本高，特別是一些精密復雜的冷沖模、塑料模、壓鑄模等。采用熱處理技術提高模具的使用性能，可以大幅度提高模具壽命，有顯著的經濟效益。我國模具技術工作者十分重視模具熱處理技術的發(fā)展。

一.真空熱處理

模具鋼經真空熱處理后，有良好的表面狀態(tài)，變形小。與大氣下的淬火比較，真空油淬后模具表面硬化比較均勻，而且略高一些，主要原因是真空加熱時，模具鋼表面呈活性狀態(tài)，不脫碳，不產生阻礙冷卻的氧化膜。在真空下加熱，鋼的表面有脫氣效果，因而具有較高的力學性能，爐內真空度越高，抗彎強度越高。真空淬火后，鋼的斷裂韌性有所提高，模具壽命比常規(guī)工藝普遍提高40%-400%，甚至更高。

冷作模具真空淬火技術已得到較廣泛的使用。

二.深冷處理

近年來的研究工作表明，模具鋼經深冷處理（-196℃），可以提高其力學性能，一些模具經深冷處理后顯著提高了使用壽命。

模具鋼的深冷可以在淬火和回火工序之間進行，也可在淬火回火之后進行深冷處理。如果在淬火、回火后鋼中仍保留有殘余奧氏體，則在深冷處理后仍需要再進行一次回火。深冷處理能提高鋼的耐磨性和抗回火穩(wěn)定性。

深冷處理不僅用于冷作模具，也可用于熱作模具和硬質合金。深冷處理技術已越來越受到模具熱處理工作者的關注，已開發(fā)出專用深冷處理設備。不同鋼種在深冷過程中的組織變化及其微觀機制及其對力學性能的影響，尚需進一步研究。

三.模具的高溫淬火和降溫淬火

一些熱作模具鋼，如3Cr2W8V、H13、5CrNiMo、5CrMnMo等，采用高于常規(guī)淬火溫度加熱淬火，可以減少鋼中碳化物的數量、改善其形態(tài)和分布，使固溶于奧氏體中碳的分布均勻化，淬火后可在鋼中獲得更多的板條馬氏體，提高其斷裂韌性和冷熱疲勞抗力，從而延長模具使用壽命。例如，3Cr2W8V鋼制的一種熱擠壓模具，常規(guī)淬火溫度為1080-1120℃，回火溫度為560-580℃。當淬火溫度提高至1200℃，回火溫度為680℃（2次），模具壽命提高了數倍。

W6Mo5Cr4V2、W18Cr4V高速鋼和Cr12MoV等高合金冷作模具鋼，可適當降低其淬火溫度，以改善其塑韌性，減少脆性開裂傾向，從而提高模具壽命。例如，W6Mo5Cr4V2的淬火溫度可選用1140-1160℃。

四.化學熱處理

化學熱處理，能有效地提高模具表面的耐磨性、耐蝕性、抗咬合、抗氧化性等性能。幾乎所有的化學熱處理工藝均可用于模具鋼的表面處理。

研究工作表明，高碳及低合金工具鋼和中高碳高合金鋼均可進行滲碳或碳氮共滲。高碳低合金鋼滲碳或碳氮共滲時，應盡可能選取較低的加熱溫度和較短的保溫時間，此時可保證表層有較多的未溶碳化物核心，滲碳和碳氮共滲后，表層碳化物呈顆粒狀，碳化物總體積也有明顯增加，可以增加鋼的耐磨性。W6Mo5Cr4V2和65Nb鋼制模具進行滲碳以及65Nb鋼制模具真空滲碳后，模具的壽命均有顯著提高。

采用500-650℃高溫回火的合金鋼模具，均可在低于回火溫度的范圍內或在回火的同時進行表面滲氮或氮碳共滲。

滲氮工藝，目前多采用離子滲氮、高頻滲氮等工藝。離子滲氮可以縮短滲氮時間，并可獲得高質量的滲層。離子滲氮可以提高壓鑄模的抗蝕性、耐磨性、抗熱疲勞性和抗粘附性能。

氮碳共滲可在氣體介質或液體介質中進行，滲層脆性小，共滲時間比滲氮時間大為縮短。壓鑄模、熱擠壓模經氮碳共滲后，可顯著提高其熱疲勞性能。氮碳共滲對冷鐓模、冷擠壓模、冷沖模、拉伸模等均有很好的應用效果。

冷作模具和熱作模具還可以進行硫氮或硫氮碳共滲。近年，許多研究工作都表明，稀土有明顯的催滲效果，從而發(fā)展了稀土氮共滲、稀土氮碳共滲等新工藝。

五.滲硼和滲金屬

滲硼可以是固體滲硼、液體滲硼和膏劑滲硼等，應用最多的是固體滲硼，市場上已有固體滲硼劑供應。固體滲硼后，表層的硬度高達1400-2800HV，耐磨性高，耐腐蝕性和抗氧化性能都較好。

滲硼工藝常用于各種冷作模具上，由于耐磨性的提高，模具壽命可提高數倍或十余倍。采用中碳鋼滲硼有時可取代高合金鋼制作模具。滲硼也可應用于熱作模具，如熱擠壓模等。

滲硼層較脆，擴散層比較薄，對滲層的支撐力弱，為此，可采用硼氮共滲或硼碳氮共滲，以加強過渡區(qū)，使其硬度變化平緩。為改善滲硼層脆性，可采用硼釩、硼鋁共滲。

滲金屬包括滲鉻、滲釩、滲鈦等工藝，均可用于處理冷作和熱作模具，其中TD法（熔鹽滲金屬）已得到一些應用，可使模具壽命提高幾倍乃至十幾倍。

六.氣相沉積

氣相沉積按形成的基本原理，分為物理氣相沉積（PVD）和化學氣相沉積（CVD）。

PVD分為真空蒸鍍、濺射鍍和離子鍍。離子鍍是蒸鍍和濺射鍍相結合的技術，離子鍍膜具有粘著力強、均鍍能力好、被鍍基體材料和鍍層材料可以廣泛搭配等優(yōu)點，因而獲得較廣泛的應用。近年來，多弧離子鍍受到人們的重視。目前，在模具上應用較多的是離子鍍TiN，這種膜不僅硬度高，而且膜的韌性好、結合力強、耐高溫。在TiN基礎上發(fā)展起來的多元膜，如（TiAl）N、（TiCr）N等，性能優(yōu)于TiN，是一類更有前途的新型薄膜。

CVD是用化學方法使反應氣體在基礎材料表面發(fā)生化學反應形成覆蓋層（TiC、TiN）的方法。CVD有多種方法。通常，CVD的反應溫度在900℃以上，覆層硬度達到2000HV以上，但高的溫度容易使工件變形，沉積層界面易發(fā)生反應。發(fā)展趨勢是降低溫度，開發(fā)新的涂層成分。例如，金屬有機化合物CVD（MOCVD），激光CVD（LCVD），等離子CVD（PCVD）等。

七.高能束熱處理

高能束熱處理的熱源通常是指激光、電子束、離子束等，它們共同的特征是：供給材料表面功率密度至少1000W/cm2。它們的共同特點是：加熱速度快，加熱面積可根據需要選擇，工件變形小，不需要冷卻介質，處理環(huán)境清潔，可控性能好，便于實現自動化處理。

國內外對高能束熱處理的原理、工藝等均投入較多的研究，比較成熟的是激光相變硬化、小尺寸電子束處理和中等功率的離子注入，并在提高模具壽命方面獲得了應用。

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