表面强化技术与模具寿命

【摘 要】随着模具行业的快速发展，以及人们生活质量的不断提高，社会各界对于模具性能方面的要求也在逐渐提高，因此，如何使模具的寿命得到有效延长，已经成为了业内人士所研究的重要问题之一。本文主要以介绍表面强化技术的重要作用为基础，然后再对这一技术与模具寿命之间的关系进行分析，最终得出表面强化技术的确能使模具的寿命有所延长。

【关键词】表面；强化技术；模具寿命

1、前言

随着社会与科技的快速发展，模具已经被广泛应用于各个领域，如自行车、照相机、汽车乃至飞机等的零件制造，大多数都需要用到模具加工，而塑料、轴承以及日用五金等，则基本上都是以模具进行大批量的生产。因此，为了更好地满足生产与生活的需求，就希望模具在具有效率高与精度高的同时，还必须满足寿命长的要求。经长期实践发现，模具除了设计、选材及热处理等，造成失效的主要原因便是模具疲劳、腐蚀与磨损，所以，为了切实提高模具自身的热疲劳抗力、耐蚀性及耐磨性，如今所采用的是模具表面强化技术，它是一项能有效提高模具使用寿命的根本性措施。

2、常见的表面强化技术

2.1模具表面的化学处理

模具的硬度要求应细化到某个部分而论，一般情况下其锻模膛表面与飞边桥的部分，硬度要相对高一点，以满足它耐磨的需求，但总体上还是要求模块能适当软一点，从而预防其在高温高冲击力下出现开裂，因此，可对其进行具有一定深度的表面强化处理，以此来应对技术上的要求。

1）渗硼：模具在经过渗硼处理之后，具有耐磨性好、硬度高、疲劳极限大、抗腐蚀能力强以及缺口敏感性低等特点。

2）离子渗氮：能有效改善氮层表面的脆性以及变形，让其具有较好的热疲劳性能。

3）离子渗碳：这一处理方式是以离子渗氮与真空渗碳作为基础，发展起来的一项新的处理方式，它具有渗碳率高、渗层均匀、表面质量好以及变形小等特点，据相关数据显示，模具表面硬化处理中有80%以上是由离子渗碳技术进行处理的。

4）氮碳共渗：它能使模具具有耐蚀、耐磨以及较好的高温硬度等特点，让模具的使用寿命有效得到提高，通常是传统模具的1～9倍。

5）硫氮碳共渗：经过此项处理之后，能让钢铁件具有耐磨、减摩、抗疲劳性强以及抗咬合性好等特点，此外，还可辅助使用CR2再生盐，以便让熔盐成分更加稳定，以增强其强化效果的稳定性。

2.2模具表面的物理处理

一般对模具表面的物理处理是指热处理一类，它主要是分两个步骤来进行，首先是退火处理，在消除应力的同时使它的硬度降低，这样毛坯更容易实现冷加工成形，并且让晶粒更细化，分布更均匀；其次再进行高温淬火与回火处理，其中高温淬火因其温度高，能让合金元素充分溶解，而回火又能让过饱和状态下的马氏体会析出分布均匀、弥散且细小的碳化物，以满足技术和力学性上的要求。

2.3表面以稀土元素进行强化

稀土元素所起的作用是使溶剂的分解速度加快，并能有效提高渗速，净化其表面，以及促进氮和碳等原子的渗透。因此，材料在进行稀土元素强化处理后，可让钢的表层结构得到改善，从而降低了它本身的脆性，处理之后的硬度能达到HV1000左右。

例如：1）RE-C（稀土-碳）共渗，它能将渗碳的温度降至870°左右，把渗速在原来的基础上提高25%左右，让整体的渗碳时间节约了1～2h，使渗层的脆性得到一定改善，并对防止冲击断口部位裂纹形成的功效，以及防止裂纹继续延伸的功能，都有较大幅度的提高，提高幅度约为30%。2）RE-B（稀土-硼）共渗，它与单一渗硼比较，其耐磨性可提高2倍左右，与一般的淬火态比较，则可提高4倍左右。若从韧性上来看，它可超出单一渗硼的6倍左右，并可有效降低渗硼的温度，节约其处理时间，最终让Cr12钢制拉伸膜的使用寿命提高5～10倍，而冲模的寿命则可提高至几倍到几十倍不等。

2.4表面硬化层处理

2.4.1镀硬铬

它所起到的作用是让模具的表面具有耐热、耐磨、抗腐蚀、摩擦系数低等特点，从而有效提高模具的使用寿命。这种方法通常运用于玻璃模、橡胶模以及塑料模等型腔模中，它不但能对模具的表面起到强化作用，还能对旧模具起到一定的修复作用。

2.4.2热喷涂

热喷涂是一种既可以提高模具的寿命，又能起到较好修复作用的方法，它在模具行业中，运用得比较多的是火焰喷涂与等离子喷涂，其中等离子喷涂属于灵活性较好的粉末固结方法，它兼具了熔化、雾化以及快淬和固结等功能，同时具有操作灵活、组织密实及结合牢固等特点，使其在涂层技术中处于主导性地位。一般情况下，叶片模具或者皮带轮模具，在经过此方式的处理之后，都能使模具的使用寿命提高到10倍以上，唯一不足的是等离子喷涂的成本较高；相对于等离子喷涂方法来看，火焰喷涂的成本要低一些，且操作更加简便，不过从结合质量的角度来说，无论是组织的密实度还是强度，都不及等离子喷涂。因此，对于工艺要求不高的常采用火焰喷涂的方式。

2.4.3气相沉积

气相沉积根据不同的沉积机理，可将其划分为CVD法、PVD法及PCVD法等。其特点是能把具有特殊性能的某些稳定化合物，直接在金属工件的表面进行沉积处理，使之形成一层具有保护作用的超硬覆盖膜，让工件拥有硬度高、抗蚀性强及耐磨性好等优点。例如：对Cr12、W18、Cr4V等钢制的冷模具，使用CVD法在其表面沉积一层TiC，便可将其寿命提高2～6倍，若沉积的是TiN层则模具的寿命可提高1～20倍。

2.5表面喷丸

强力喷丸的作用是对其表面的应压力进行大幅度的提升，让细晶强化得以实现，从而有效控制疲劳裂纹继续进行扩展，在一定程度上提高了它的热疲劳性能，让材料的韧性、强度以及可塑性都有所提高。并且喷丸的这种强化作用，能在多次的热循环后仍旧保留一部分功效，不至于出现完全消退的情况。

2.6光整表面处理

光整表面的处理一般都是采用抛光的方法，如超声抛光、电动抛光及喷丸抛光等。这些方法能有效降低表面细微的不平度，让晶粒更加细化，同时把残余的拉应力转变成压应力，使模具材料的疲劳强度、屈服强度及韧性，均能得到有效的提高，最终实现延长模具的寿命的目的。

2.7激光强化处理

激光强化处理的实施方法较多，主要包括表面重熔、表面涂覆、激光冲击以及激光化学（或物理）气相沉积等。在对热作模具进行激光熔覆之后，其表层就会形成一层合金层，该合金层具有耐高温及耐磨的特点，再加上熔覆层和基体的结合非常牢固，因此，能够很好提高模具的使用寿命。

2.8电火花熔渗

电火花熔渗的方法是对火花放电时，所释放出的能量进行有效利用，把某种硬质导电材料在其工作面上进行熔渗，使之形成一层合金强化层，这样就能让模具的耐磨性、耐热性及耐蚀性均得到提高，最终延长模具的使用寿命。例如：对前轮壳锻模进行熔渗处理之后，其使用寿命可有效提高20%左右。

3、结束语

综上所述，科学合理的使用表面强化技术，能对模具表层的组织及金属成分进行改善，让零器件具有表面硬度高、内部韧性好、耐高温、抗咬合、抗疲劳及抗腐蚀等优点，从而将模具的使用寿命提高数倍甚至是数十倍。