TD处理技术的发展现状以及在模具上的应用.ppt

TD处理技术的发展现状以及在模具上的应用,作者所在系部： 材料工程系 作者所在专业： 材料成型及控制工程 作者所在班级： B10811 作 者 组别 ： 第四组 作 者 姓名 ： 王立群，徐礼祥，刘强， 廖华生覃历生，董明星，吴树兴，张为，殷勇，窦猛 完 成 时 间 ： 2013/10/5,摘要,TD覆层处理是在一定的处理温度下将金属工件置于硼砂熔盐及其特种介质中，通过特种熔盐中的金属原子和工件中的碳原子产生化学反应，扩散在工件表面形成一层520um的钒，铌，铬，钛等金属碳化层。本文叙述了TD覆层处理技术工艺流程，分析了成形类模具表面拉伤产生机理及解决办法，并结合TD覆层处理技术在汽车纵梁模具上的成功应用介绍了该技术产生的实际效果和经济价值，以及该技术的工艺条件。 关键词：TD覆层处理技术 模具 拉伤,目录,一技术简介,二TD覆层处理的主要特点,三TD覆层处理的处理工艺过程,四与相关技术的比较,五. TD覆层处理使用范围及适用材料,六采用TD覆层处理的主要效益,七采用TD覆层处理技术的有关注意事项,八TD覆层处理在汽车模具中的应用实例,十发展趋势及缺陷,十一参考文献,九国内外发展状况,一技术简介,welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experience,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。,二、TD覆层处理的主要特点,welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experience,1极高的硬度和极高的耐磨性能，碳化钒覆层HV可达2800-3200，远高于氮化和镀硬铬，因而具有远高于这些表面处理的耐磨，抗拉伤，耐蚀等性能； 常见的一些材料和表面处理硬度（HV）对照表,welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experience,2由于是通过扩散形成的，所以覆层与基体具有冶金结合， 覆层与基体的结合力较镀硬铬和PVD或PCVD的镀钛层高得多，使用中不会脱落，这一点对在成型类模具上的应用极其重要； 3TD覆层厚度可达420mm，覆层致密光滑； 4具有极高的耐腐蚀性能； 5TD覆层处理可以重复进行。,三、TD覆层处理的处理工艺过程,welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experience,不同的工件材料及不同的使用场合TD覆层处理的工艺有一些差别，但其基本过程都是将预制好的工件放入硼砂混合物中，在850-1050的温度下保温2-12小时，在工件表面形成覆层后，根据工件的材料或要求选择适当方式冷却（一般是淬火过程，也有不少例外），并进行一些相应的后续处理（如回火，清理，尺寸调整，抛光等）。,TD覆层处理的工艺流程如图1所示：,welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experience,图1 TD覆层处理工艺流程图,welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experience,(1)工件检查：主要检查工件的材料、外观、硬度及尺寸； (2)打磨、抛光：用于增加碳化物与基体的结合力； (3)脱脂：目的是消除油脂对碳化物覆层生长的不利影响，同时保证盐浴成分的纯净； (4)装吊：根据工件尺寸的大小、形状、加工面等放入到不同的工件架上定位； (5)预热：高温预热工件(约800850)，其实质是对工件进行正火处理，以改变基体的组织结构，提高韧性，减少工件变形；,welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experience,(6)TD覆层处理：在9001030的高温下，通过扩散作用于工件表面形成一层金属碳化物覆层； (7)淬火：用于提高基体的力学性能，获取必要的硬度； (8)回火：用于消除应力，保证工件的使用寿命； (9)清理：用沸水清洗工件表面的残盐； (10)抛光：去除工件表面的氧化物和粘附物。对有特殊尺寸精度要求的工件，抛光还用于保证工件的精度； (11)检验入库：主要检查工件的外观质量和尺寸精度。,四与相关技术的比较,welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experience,welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experience,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HV3000左右，较传统的表面处理方法如渗碳、氮化、镀硬铬、渗硼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。,welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experience,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.,welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experience,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.,五. TD覆层处理使用范围及适用材料,TD覆层处理可广泛应用于解决或改善以下这些问题：,（1）由粘着磨损所引起的模具与工件或工件与工件之间的拉伤、粘附问题，如各类钢板或有色金属的拉延、弯曲、翻边、滚压成形和压铸成形等模具或其他相互接触并有相对运动的工件表面，采用TD覆层处理是目前解决此类问题最好的方法之一，并可以提高其使用寿命数倍至数十倍。,（2）由磨粒磨损、粘着磨损、摩擦氧化或其共同作用而引起的工件尺寸超差等问题，如冲裁、冷镦、粉末冶金等模具或其他零配件，通过TD覆层处理后，可提高使用寿命数倍至数十倍。,适用材料,welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experience,对于该技术的适用材料，只要材料含有一定量的碳元素，如含碳量大于0.3%的各类钢铁材料、硬质合金等，都可以在工件表面形成VC覆层。但根据使用条件的不同，要获得良好的使用效果和经济性，材料的选择颇有讲究，建议与专业的技术供应商共同开展。,六、采用TD覆层处理的主要效益,2,3,1,由于模具的寿命大幅度的提高，提高了被加工产品的尺寸均一性，提升了产品的品质；,就成型类模具而言，由于解决了模具表面的拉伤问题，带来的好处是：生产中无须经常停机修模，大幅度提高了生产效率，改善了产品的外观；,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。,4,由于大幅度提高工模具或零配件的使用寿命，节省生产成本或运行成本,优点哦！,七、采用TD覆层处理技术的有关注意事项,welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experience,TD覆层处理温度是8501050，是一种高温处理过程，处理过程中必然会产生热应力。对于钢铁材料而言一般会有相变过程，相变的结果会形成相变应力和工件比容的变化。热应力、相变应力、比容的变化会使工件产生变形甚至开裂。而一般TD覆层处理是模具的最终加工工序，处理后不容许再加工，所以TD覆层处理工艺能否成功应用的关键是:形成合格的表面覆层；尽量减小工件变形，并杜绝开裂现象。根据十余年从事该工艺的研究和应用经验，要用好该工艺除需要专业的指导以外还必须特别注意以下问题：,（1） 材料要求。采用热处理微变形钢，一般推荐 SKD11、D2、DC53、Cr12MoV等高铬模具钢，实际上目前该工艺在模具上应用最多的也是此类材料。必须说明的是，要是用国产的钢材，建议用品质优良的钢材，否则容易出现变形超差问题。,（2） 冷热加工工艺。工件的热处理工艺及其冷热加工内应力对TD覆层处理加工过程变形量有较大影响，这往往需要各方面相互沟通，才能使变形量减小。,（3）设计方面。汽车冲模外形尺寸往往比较大，出于制造成本、材料供应难易及冷热加工工艺限制等方面考虑，要进行TD覆层处理的大型模具零件一般都做成镶块结构，尽量减少工作部位的分型面，以减少TD覆层处理后的调模工作量。另外工件截面的急剧变化，内部有尖角、细长或薄板类钢件，热处理过程中工件容易变形甚至开裂，所以要进行TD覆层处理的工件设计时要尽量避免以上结构。,（4） TD覆层处理的工件如已做过其他表面处理，如各类渗氮、渗硼、镀硬铬、PVD沉积等，需将原表面处理彻底清除，否则会影响TD覆层表面质量。已做过TD覆层处理的工件，一般只需将损伤部位修复即可再进行TD覆层处理。,八TD覆层处理在汽车模具中的应用实例,welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experience,（1）汽车冲压成形模的拉伤及其解决方法 每辆汽车都含有大量的冲压件，冲压件由模具冲压成形。工件在拉深、弯曲、翻边、辊压等成形过程中，很容易造成工件表面的拉伤。汽车底盘、梁类零件往往由较厚的钢板制造，出于安全和节能的考虑，越来越多地使用高强度钢板，无论厚板还是高强度钢板，其冲压或辊压成形的模具都要承受极高的成形压力，工件表面和模具表面拉伤严重，此时如继续生产，模具与工件表面质量进一步恶化，工件可能会出现拉裂。解决的方法通常是停机对模具表面进行修磨、抛光，如此反复修磨使模具尺寸发生变化。,welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experience,拉伤问题的出现会带来以下问题：难以满足批量连续生产的要求，降低生产效率，增加劳动强度，降低模具寿命和被加工产品尺寸的一致性，影响了产品的外观，降低产品质量。 实践表明，在没有采取其他措施的情况下，由钢铁材料制作的模具用于钢铁件的成形，当成形力较大时，无论模具如何热处理或淬火硬度有多高，拉伤问题都无法避免。,welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experience,研究表明，工件成形过程中表面出现拉伤的实质是工件和模具零件表面局部出现粘着（或焊合、咬合）的结果。要解决或改善这一问题有多种方法，基本原则是必须改变模具与被加工零件这对摩擦副的性质，使摩擦副由不易粘着的材料代替。,具体方法可以是：,改变模具材料或对模具进行表面处理；,对被加工零件的原料进行表面处理（如磷化）；,在模具与被加工零件之间加一层其他物质，使被加工零件与模具分离（如加润滑剂或加一层PVC之类的材料）。,以上方法在不同的场合下都有应用，一般情况下，经济而有效的方法是从模具方面入手，以下就是模具材料和几种常见的表面处理方法在解决此类问题时的一些应用作些简要介绍。,模具材料方面，硬质合金使大家公认的耐磨抗咬合材料，在模具不大而成形压力很大，而且形状较简单时采用此类材料在不少场合优势很大。但该材料加工困难，脆性也很大，成本高，烧制大型硬质合金困难，大型模具难以制造，所以大型汽车零件模具很难采用该材料。,用铜基合金做模具零件也能解决表面拉伤问题，存在的问题是因其强度低，耐磨性较差，很难满足大批量生产要求，另外在一些变形率较大的场合，拉伤问题也会出现。,welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experience,模具表面处理方面，目前国内应用较多，比较熟悉的是各类渗氮和镀硬铬工艺，这两种表面处理方法的抗拉伤性能较好，但表面硬化效果有限，仅有1000HV左右，表面硬化层磨损后拉伤又会出现。此外，镀硬铬的镀层与模具母材机械结合，在成形压力较大时容易脱落，镀层一旦脱落抗拉伤性能也就失去。所以渗氮和镀硬铬在汽车覆盖件模具上虽然有应用，但其效果有限。PVD或PCVD的镀层（如镀钛层）也具有良好的抗拉伤性能，由于镀层硬度可以高达20003000HV，甚至更高，因而也具有优异的耐磨性能，只是镀层与母材结合力较差，在拉深类模具上使用时很容易使镀层脱落，发挥不出其抗拉伤和耐磨效果，有时根本就无效果，这类工艺在成形模具上应用也很有限。,welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experience,实践已证明，目前最有效而经济的解决成形模具表面拉伤问题的表面处理方法是高温化学气相沉积（即高温CVD）和TD覆层处理，这两种方法在不同国家不同场合各有偏重，相比而言前者成本较高，环保压力较大。目前日、韩、美主要应用的是TD覆层处理，我国（包括台湾地区）对于解决模具表面拉伤问题和提高模具寿命的表面处理工艺缺乏必要的了解，近年来随着外资企业的不断涌入，特别是汽车工业的高速发展，TD覆层处理工艺及其应用价值将越来越多的被人们所认识。,welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experience,汽车冲压件，特别是厚板零件及高强度板零件在拉延、弯曲、翻边、整形等成形过程中，容易造成工件表面的拉伤。大量的实践证明，对模具凸、凹模进行TD覆层处理是目前解决冲压成形零件与模具拉伤问题经济而有效的方法之一，它同时可以提高模具寿命数倍至数十倍。,welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experience,FC-1车型的左/右前纵梁后段材料为BP380，其30序整形(见图2)容易拉伤，后对该序模具的凸、凹模进行TD覆层处理，其效果如表2所示。,图2 左前纵梁后段30序整形区域,welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experience,（表2 左/右前纵梁后段30序TD覆层处理效果）,从表2可以看出，TD处理后效果明显，左/右前纵梁后段30序无需返修和修模，至于TD覆层处理的长期效果，仍需在生产实践中检验。,welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experience,（2）图1所示为汽车配件模具镶块，其加工的是3.2mm厚、强度为420MPa的高强度钢板。该模具在没有进行TD覆层处理以前加工的工件表面出现严重拉伤，导致生产效率降低，工件的表面质量恶化，降低了模具寿命。,通过对模具相关零件进行TD覆层处理以后，可解决工件表面拉伤问题，并可以提高模具寿命2030万次。,welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experience,图2所示为车轮钢圈辊轮，成形工艺是将钢锻坯辊压成形。辊压成形模的相关零件不进行表面处理很快就会出现拉伤并咬死，无法正常生产。,原来该模具一般采用盐浴渗氮处理（QPQ处理），寿命一般仅能生产不到1000件产品，又需重新拆下进行QPQ处理，生产过程中还需加入大量的机油等润滑剂，操作环境恶劣。后来采用TD覆层处理工艺，模具寿命提高至8万件以上，较原经QPQ处理的模具寿命提高近百倍，大大提高了生产效率和降低了生产成本。采用该工艺处理的模具对润滑条件可以放宽，劳动条件大为改善。,九国内外发展状况,welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experience,在国外，该项技术已经得到了普遍的应用和推广，尤其是在模具和机械行业。据统计，在日本，有85%以上的模具是要经过TD处理的。在国内，70年代即已开始研究该技术，目前已成功应用到汽车、家电、五金、制管、冶金等行业的拉伸、弯曲、翻边、辊压成形、冷镦、粉末冶金等各类模具上，并取得了较好的使用效果。,welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experience,TD覆层技术最早在20世纪70年代由日本丰田中央研究所研制成功并申请专利，经过多年的完善和发展，已广泛应用于各类模具和零部件产品上。20世纪90年代初，长沙特耐金属材料科技有限公司开始该项技术的研究工作，经过多年的研究和应用摸索，技术体系成熟，并成功应用于多种模具和零部件上。多年来，已为丰田、本田、大众、现代和江铃等汽车配套企业，以及其他家电、五金、制管等行业的数百家零部件生产企业提供模具和零部件表面处理服务，取得了优异的使用效果。,welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experience,TD覆层处理技术从20世纪80年代开始陆续由日本引入世界各地的许多国家，由于各国的国情不同，有些国家用得很成功，也有些国家应用失败。该技术在日本、美国、韩国等国都已得到广泛的应用。国内70年代即已开始研究此项技术，到目前已有数十家单位对该技术进行过研究，发表文章数百篇，专利数项，据了解，目前还有一些单位在专门研究该项技术。实际上中国早在80年代中期就起草了此项技术的技术标准，即：JB/T4218-946硼砂熔盐渗金属，该标准于1994年10月25日被批准。国内的研究成果大多没有经过长时间生产实践的考验，应用中总是存在这样或那样的问题，所以从70年代至90年代，尽管研究的人很多，但没有一家专业从事该项技术加工的厂家。,welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experience,我国从1991年开始该项技术的研究工作，经过多年的研究和应用摸索，从1997年开始成功应用到各类模具上，并于2001年开始在国内首先成立了专业从事该项技术加工业务的公司。多年来已为数百家国内外企业提供了TD覆层处理加工服务，并成功应用到汽车、家电、五金、制管、冶金等行业的引伸(拉伸、拉延)、弯曲、翻边、辊压成形、冷镦、冲裁、粉末冶金等类模具和一些零部件上，或根本上解决工件表面拉伤问题，或大幅提高工件的使用寿命，取得了极优异的使用效果，也积累了丰富的实践经验。,十发展趋势,welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years