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金属模具表面超硬化处理技术

    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。 　　
　　该技术国内七十年代就有人研究过，但由于各方面条件的限制，工艺及设备往往难以经过批量和长期生产的考验，使该技术中的一些实际存在的问题不易暴露或难以解决，往往半途而废。我们在十多年的研究与应用的过程中，对该技术存在的工艺、设备上的实际问题进行了深入的研究，并进行了有效的改进，经改进后的工艺及成套设备已能够满足长期稳定生产的要求，所处理的模具寿命水平达到进口同类模具寿命水平，取得了丰富的各类模具实际应用的生产经验，为大规模推广应用该技术奠定了坚实的技术基础。 　　
　　4、适用范围
　　扩散法金属碳化物覆层技术可以广泛应用于各类因磨损、咬合而引起失效的工模具或机械零件。其中，因磨损而引起的失效（如冲裁，冷镦，粉末成型等模具）可提高寿命数倍至数十倍；因咬合而引起的产品或模具的拉伤问题（如引伸模，翻边模等），可以从根本上予以解决。 　　
　　适用材料： 　　
　　模具钢，含碳量大于0.3%的结构钢，铸铁，硬质合金。 　
　　二、不锈钢焊管模具表面超硬化处理技术 　
　　不锈钢焊管是在焊管成型机上，由不锈钢板经若干道模具碾压成型并经焊接而成。由于不锈钢的强度较高，且其结构为面心立方晶格，易形成加工硬化，使焊管成型时：一方面模具要承受较大的摩擦力，使模具容易磨损；另一方面，不锈钢板料易与模具表面形成粘结（咬合），使焊管及模具表面形成拉伤。因此，好的不锈钢成型模具必须具备极高的耐磨和抗粘结（咬合）性能。我们对进口焊管模具的分析表明，该类模具的表面处理都是采用超硬金属碳化物或氮化物覆层处理。 
　　不锈钢焊管成型模具材料一般是由高碳高铬的Cr12MoV（或SRD11，D2，DC53）制成。目前国内普遍采用如下工艺流程制作模具：下料→粗加工→热处理（高温淬火加高温回火）→精加工→氮化→成品（注：为节省成本，一般生产厂家现在都省去了锻造与球化退火两道耗时，费财工序）。由于Cr12MoV类材料属于高碳高铬合金钢，其原始组织存在很大的成份偏析（这种偏析即使一般的锻造也无法消除）。这样经过热处理（高淬高回）的模具内部组织极不均匀，宏观表现为硬度极不均匀（HRC四十几至六十左右），再经氮化处理，模具表面不均匀性无法消除，基体硬度甚至进一步降低，实际使用时，表现为模具及焊管表面均易拉伤，模具寿命低。
　　模具表面超硬化处理技术已成功应用于不锈钢焊管成型模具上。经该技术处理的模具在其表面形成硬度高达HV3000左右的金属碳化物层，该碳化物层致密，与基体结合紧密，不影响工件的表面光洁度，具有极高的耐磨，抗咬合性能，可从根本上解决焊管的拉毛问题，减少制管后续抛光工序的工作量并提高产品质量，大幅度提高模具使用寿命，减少售后服务工作量。实践表明，该技术具有极高的使用价值。以下是该工艺处理模具与氮化处理模具的有关比较。 　　
　　1、性能： 　　
    氮化模具本工艺处理模具 　　
　　表面硬度：HV700~1000左右HV3000左右 　
　　基体硬度：极不均匀HRC58~62HRC40~60 
　　2、工艺流程： 　
　　氮化模具：下料→粗加工→热处理（高淬高回）→精加工→氮化→成品本工艺处理模具：下料→全部加工到位（无须热处理）→本工艺处理（基体硬化与表面处理一次完成）。→磨内孔→成品由工艺流程可看出，采用本工艺可缩短模具的加工周期。 　　
　　3、使用效果： 
　　本工艺处理的模具较氮化模具可从根本上解决焊管的拉毛，从而减少焊管后续抛光工序的工作量并提高产品质量（因大量抛光而使管壁减簿），大幅度提高模具使用寿命，减少售后服务工作量。 
　　模具表面超硬化处理技术，在实际生产当中得到较广泛的应用，由此工艺处理的模具寿命较传统工艺如氮化有较大幅度的提高，在某些模具性能方面超过国外水平，而价格仅是国外同等的1/4~1/10。 　　
　　经本工艺处理的模具有轧辊，冲头，彩管系列冷作模具，标准件模具，叶蜡石模具，铜铝型材挤压模具等，使客户产生了很高的效益，使模具的性价比得到质的提高。