模具表面处理.docx

表面处理方法TD处理1、 技术简介热扩散法碳化物覆层处理(Thermal Diffusion Carbide Coating Process),简称TD覆层处理，是一种通过高温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覆层，其结构如上图所示该覆层具有极高的硬度，HV可达3200左右，且与母体材料冶金结合实践证明，这 种覆层具有极高的耐磨，抗咬合，耐蚀等性能，可提高工件寿命数倍至数十倍，具有极高的使用价值2、 采用TD覆层处理的主要效益1. 大幅度提高工模具或工件的使用寿命，节省生产成本或运行成本2. 大幅度改善产品外观，提高产品尺寸的均一性，提升产品质量3. 大幅度节省维修时间和劳动强度，并减少因维修停机所带来的损失4. 摩擦系数降低，抗咬合性能大幅度提高，无须润滑或减少润滑或无须采用高级润滑产品3、 与相关技术的比较通过在工件表面形成一层高硬度的耐磨材料是提高工件耐磨，抗咬合，耐蚀等性能，从而提高其使用寿命的有效而又经济的方法，TD覆层 处理技术以碳化钒覆层为例，其表面硬度可达HV3200左右，较传统的表面处理方法如渗碳HV~900;渗氮HV~1200;镀硬铬HV~1000;甚至渗硼HV 1200~1800等表面处理的硬度高得多，因此具有远优于这些表面处理方法的耐磨性能。

物理气相沉积(PVD)，物理化学气相沉积(PCVD)，化学气相沉积(CVD) ,TD覆层处理是现代的几种表面超硬化处理方法，其中PVD，PCVD 工艺温度低，变形较小，所形成的氮化钛覆层HV可达2000左右，但由于这两种方法形成的氮化钛涂层与母体材料的结合力较差实际应用中，容易出现 涂层的剥落,在使用条件较为苛刻的场合，如引伸类模具;根本就无法达到满意的使用效果，甚至根本无效果.因此PVD,PCVD往往难以发挥超硬化合物 覆层的性能优势.高温CVD法形成的碳化钛覆层与TD覆层处理获得的表面覆层硬度接近，并且高温CVD法和TD覆层处理的覆层与基体都是冶金结合，具有PVD 和PCVD无法比拟的膜基结合力，因此是目前最有效的表面超硬化方法.相比而言，CVD覆层的运行成本较高，后续处理也比较麻烦，其应用主要集中在 硬质合金工件上.而TD覆层处理由于后续处理比较方便,因此既可以用于钢铁材料,也可以用于硬质合金.此外，TD覆层处理技术在无须褪去原先覆层 的情况下，可以进行多次重复处理.4、 应用范围TD覆层处理可广泛应用于由于各类磨损所引起白俄■具与工件或工件与工件之间的拉伤或磨损超差的问题其中因咬合或粘结而引起的拉伤 或拉毛问题,TD覆层处理是目前世界上最好的解决方法之一.因磨损而引起的工件尺寸超差等问题，通过TD覆层处理后,提高使用寿命上十倍是很正 常的.所处理工件的材料，含碳量大于0.3%的各类钢铁材料，硬质合金等.一般推荐各类中高合金工模具钢.二、表面渗碳处理渗碳硬化乃表面硬化法之一种，属于化学表面硬化法。

渗碳者先於^之表面走生初生憩之碳，而彳爰使之渗入^之表面屑，逐渐撅散入内部渗 碳者先于钢之表面产生初生态之碳，而后使之渗入钢之表面层，逐渐扩散入内部初生憩之碳乃由CO或CH 4等标醴分解而得初生态之碳乃 由CO或CH 4等气体分解而得CO之来源或由含有CO之标醴得之，或由固醴渗碳蒯之反废而走生於渗碳容器内，或者由含有氰化物之兽浴得 之CO之来源或由含有CO之气体得之，或由固体渗碳剂之反应而产生于渗碳容器内，或者由含有氰化物之盐浴得之初生憩之碳由^之表面撅 散入内部畤，^之温度硝增高至沃斯田^化温屑簸圉内，使初生憩之碳埂於撅散，瓷沃斯田^可溶解段多之"C ”而肥粒^则溶解力桎小，故渗碳 温度必硝在Ac 3要以上之温度初生态之碳由钢之表面扩散入内部时，钢之温度须增高至沃斯田铁化温层范围内，使初生态之碳埂于扩散，盖沃 斯田铁可溶解较多之"C ”而肥粒铁则溶解力极小，故渗碳温度必须在Ac 3要以上之温度以便渗碳作用得以逵行以便渗碳作用得以进行 再配合各丰重熟虔理法，使得^之去面生成高碳硬化心部低碳之低硬度屑再配合各种热处理法，使得钢之去面生成高碳硬化心部低碳之低硬度层 使虔理供具有表面硬而耐磨，心部初而耐衡擎之性^。

使处理供具有表面硬而耐磨，心部韧而耐冲击之性质一、渗碳处理之种类与特点：(一) 渗碳法之种类渗碳法按使用之渗碳剂而可分为如下三大类：渗碳法按使用之渗碳剂而可分为如下三大类：(1) (1) 固体渗碳法：以木炭为主剂的渗碳法固体渗碳法：以木炭为主剂的渗碳法2) (2) 液醴渗碳法：以氰化颌(NaCN )舄主蒯之渗碳法液体渗碳法：以氰化钠(NaCN )为主剂之渗碳法3) (3) <^^碳法：以天然标、丙烷、丁烷等标醴舄主蒯的渗碳法气体渗碳法：以天然气、丙烷、丁烷等气体为主剂的渗碳法二) 渗碳法之比段(二)渗碳法之比较(1 )固醴渗碳法(1 )固体渗碳法

虔理 件燮形大处理件变形大b )渗碳^了畤，不易直接淬火，需再加熟b )渗碳终了时，不易直接淬火，需再加热c )作棠璘境不良，作棠人景多c )作业环境不良，作业人员多2 )液醴渗碳法(2 )液体渗碳法

c）瓦斯流量、温度、时间容易自动化，容易管理短虔：短处：（a） ^Sft昂贵a）设备费昂贵b） 虔理量少畤成本高b）处理量少时成本高c） 需要暮F9作棠知^ （ c）需要专门作业知识二、 固体渗碳法：瘠表面渗碳^作成的工件，速同渗碳蒯装入渗碳箱而密^,装入加熟煽，加熟成沃斯田^状憩，使碳彳楚^表面侵入而撅散，虔理一定畤^彳如 速同渗碳箱冷劄，只取出渗碳虔理工件，逵行一次淬火、二次淬火、施行回火将表面渗碳钢作成的工件，连同渗碳剂装入渗碳箱而密闭，装入加 热炉，加热成沃斯田铁状态，使碳从钢表面侵入而扩散，处理一定时间后，连同渗碳箱冷却，只取出渗碳处理工件，进行一次淬火、二次淬火、施 行回火此固醴渗碳在渗碳法中屉史最老，不逋於速^虔理大量工件，作棠璘境不良，已有衰退俺向，不遏煽及其他畿脩也段筒罩，多椒少量的虔理也 段方便，不至於完全名留跻此固体渗碳在渗碳法中历史最老，不适于连续处理大量工件，作业环境不良，已有衰退倾向，不过炉及其他设备也较简 单，多种少量的处理也较方便，不至于完全绝迹固醴渗碳的渗碳檄情以标醴渗碳舄基踮亦即箱内的固醴渗碳膂懊箱内空标中的氧反厩 成舄二氧化碳（CO 2 ），CO 2再典碳反废，生成一 氧化碳（CO ）。

固体渗碳的渗碳机构以气体渗碳为基础，亦即箱内的固体渗碳剂与箱内空气中的氧反应，成为二氧化碳（CO 2 ）， CO 2再与碳 反应，生成一氧化碳（CO ）C + O 2 = CO 2 C + O 2 = CO 2 （ 1 ） （ 1 ）C + CO 2 = 2 CO C + CO 2 = 2 CO （ 2 ） （ 2 ）CO在^表面分解，析出碳〔C〕CO在钢表面分解，析出碳〔C〕2 CO = 〔 C 〕 + CO 2 （ 3 ） 2 CO = 〔 C 〕 + CO 2 （ 3 ）〔C〕巽於普通的碳，此丰重在^表面分解的原子另犬碳（atomic Carbon ）即丰街舄活性碳或初生憩碳（nascent Carbon ）的活性弓鱼的碳， 本^羲表成〔C〕；另一方面，^材表面副生的CO 2再在固醴渗碳蒯表面依（2 ）式生成CO，依（3 ）式分解而析出〔C〕，此反ffi^a反 覆:^行，碳雀^材表面侵入撅散，而渗碳〔C〕异于普通的碳，此种在钢表面分解的原子状碳（atomic Carbon ）即称为活性碳或初生态碳（nascent Carbon ）的活性强的碳，本讲义表成〔C〕；另一方面，钢材表面副生的CO 2再在固体渗碳剂表面依（2 ）式生成CO，依（3 ）式分解而析 出〔C〕，此反应连续反覆进行，碳从钢材表面侵入扩散，而渗碳。

前述反^®^ （ Fe ）鲍合成渗碳反废前述反应与铁（Fe ）组合成渗碳反应Fe + 2 CO = （ Fe + 2 CO = （ Fe - C Fe - C ）+ CO 2 ）+ CO 2 （ 4 ） （ 4 ）渗碳用之碳素，如以渗碳性之弓鱼度J嗔序列之，可排如木炭、焦炭、石墨、骨炭渗碳用之碳素，如以渗碳性之强度顺序列之，可排如木炭、焦 炭、石墨、骨炭通常使用木炭舄主蒯，再添加若干渗碳促逵蒯通常使用木炭为主剂，再添加若干渗碳促进剂一般以育食金屠的碳酸蟹舄促逵 蒯，碳酸兽中的碳酸鲤（LiCO 3 ）、碳酸金思（Sr CO 3 ）、碳酸金甲（K CO 3 ）、的促逵能大，但昂贵，工棠上探用碳酸金具（Ba CO 3 ）、碳酸金内 （Na 2 CO 3 ）舄多一般以碱金属的碳酸盐为促进剂，碳酸盐中的碳酸锂（LiCO 3 ）、碳酸锶（Sr CO 3 ）、碳酸钾（K CO 3 ）、的促进能 大，但昂贵，工业上采用碳酸领（Ba CO 3 ）、碳酸钠（Na 2 CO 3 ）为多蘸促逵能不如，但有耐久性，Na 2 CO 3快劣化，所以通常木炭加 Ba CO 3 20 - 30 %，或再加10 %以下的Na 2 CO 3舄渗碳蒯。

虽促进能不如，但有耐久性，Na 2 CO 3快劣化，所以通常木炭加Ba CO 3 20 - 30 %，或再加10 %以下的Na 2 CO 3为渗碳剂固醴渗碳虔理程序下：固体渗碳处理程序下：先瘠虔理工件去新脱脂以逋富的^隔（20 - 25 mm以上）排列於渗碳箱中，周圉填圉渗碳凯加瓷以粘土封密装入如圈五之BM®， 坑式煽也可用先将处理工件去锈，脱脂以适当的间隔（20 - 25 mm以上）排列于渗碳箱中，周围填围渗碳剂，加盖以粘土封密装入如图五之电 气炉，坑式炉也可用加熟保持一定畤^加热保持一定时间在煽中经遏所定彳如在煽内徐冷或者由煽中拖出空冷，彳雄行熟虔理在炉中经过所定后，在炉内徐冷或者由炉中拖出空冷，后进行热处 理渗碳^的表面舄高碳^，心部舄低碳^，有必要施行逋用各部份的硬化虔理，一般籍一次淬火瘠心部鲍^微备田化，其次藉二次淬火瘠渗碳屑硬 化，最。