模具表面强化技术.ppt

第6章模具表面强化技术 模具工作零件进行表面处理的目的 是在基体材料原有性能的基础上再赋予新的性能 这些性能主要有 耐磨性 抗黏附性 抗热咬合性 耐热疲劳 耐疲劳强度 耐腐蚀性等 表面强化按其处理温度范围可分为 低温 中温和高温处理三大类 模具工作零件表面强化处理按其原理可以分为三种 第一种是改变表面化学成分的化学处理强化方法 如渗碳 渗氮 渗铬和渗硼以及多元共渗属化学热处理 第二种是各种涂层的表面涂覆处理 如堆焊 镀硬铬 超硬化合物涂层属表面涂覆处理 第三种是不改变表面化学成分的强化处理 如火焰淬火 喷丸强化等 6 1表面热处理技术 6 1 1渗碳6 1 1 1渗碳的基本原理为了增加钢件表层的含碳量和一定碳浓度梯度 将钢件在渗碳介质中加热并保温使碳原子深入表层的化学热处理工艺称为渗碳 渗碳是将钢件加热到奥氏体状态 进行渗碳及扩散 其后经淬火 低温回火得到具有高硬度和高耐磨性的表面渗碳层和高的强韧性的心部组织 生产上所采用的渗碳温度一般在900 950 间进行 渗碳深度一般在0 5 2 5mm范围内 渗碳层中碳质量分数为0 85 1 10 时最好 渗碳层硬度不低于56HRC 渗碳剂有固体 液体和气体三种 近年来 新发展了真空渗碳 离子渗碳和碳氮共渗等工艺 可以达到常规渗碳难以达到的质量效果 而且周期短 能耗低 无污染 6 1表面热处理技术 6 1 1 2影响渗碳质量的因素影响渗碳质量的因素主要有 渗碳温度 保温时间 渗碳气氛碳势 钢的成分等 6 1 1 3渗碳工艺常用的渗碳方法有气体渗碳 真空渗碳和离子渗碳等 1 气体渗碳2 真空渗碳3 离子渗碳 6 1表面热处理技术 6 1 2渗氮渗氮是把钢件置入含有活性氮原子的气氛中 加热到一定的温度 一般是在Ac1以下 保温一定时间 使氮原子渗入工件表面的化学热处理工艺 渗氮的目的是 提高工件的表面硬度 耐磨性 疲劳强度和耐腐蚀性能 渗氮往往是工件加工工艺路线中的最后一道工序 渗氮后的工件至多再进行精磨或研磨 渗氮温度一般不超过调质处理的回火温度 一般为500 570 渗氮处理温度低 变形小 渗氮的缺点主要是周期太长 一般气体渗氮的时间长达数十小时到几百小时 生产率低 成本较高 渗氮层较薄 一般为0 5mm左右 且脆性大 不宜承受太大的接触应力和高的冲击载荷 此外 气体渗氮层要获得较高硬度 高耐磨性 还要求选用含合金元素铬 钼 铝的合金钢制造零件 6 1表面热处理技术 6 1 2 3渗氮工艺工件表面经渗氮处理 可以提高耐磨性和疲劳强度 常用的渗氮方法有气体渗氮 离子渗氮和真空渗氮等 1 气体渗氮气体渗氮工艺过程包括升温 保温渗氮和冷却三个阶段 2 离子渗氮离子渗氮是在一定的真空度下 利用工件 阴极 和阳极间产生的辉光放电现象进行的 所以又叫辉光离子渗氮 3 真空渗氮 6 1表面热处理技术 6 1 3渗硫钢铁工件经渗硫处理后 可获得良好的减磨抗咬合性能 渗硫层实际上是铁与硫反应形成的硫铁化合物覆层 6 1 4渗硼渗硼是近代发展起来的一种新型热处理工艺 是指向钢或其他合金扩散渗入硼元素 以获得铁的硼化物的化学热处理工艺 6 1表面热处理技术 6 1 5多元共渗6 1 5 1碳氮共渗6 1 5 2氮碳共渗6 1 5 3硼砂盐浴铬钒共渗6 1 5 4铬铝共渗 6 2涂镀技术 6 2 1电镀利用电解的方法从一定的电解质溶液中 在经过处理的基体金属表面沉积各种所需性能或尺寸的连续 均匀而附着沉积的一种电化学过程的总称 电镀可以镀各种金属镀层 在进行电镀时 将被镀的工件与直流电源的负极相连 要镀覆的金属 镀铬除外 与直流电源的正极相连 并放在渡槽中 当电源与渡槽接通时 在阴极上析出欲镀的金属层 6 2涂镀技术 6 2 2电刷镀电刷镀技术是从镀槽技术上发展起来的 其原理与电镀基本相同 电刷镀时被镀工件不需要进入镀槽 而是必须与裹有浸满电刷镀液的镀笔 阳极 良好接触 以便形成局部的 槽 并在适当的压力下进行相对运动 由于刷镀设备比较简单 携带方便 且镀层性能好 结合牢固 沉积速度快 成本低廉 所以对一些大型模具可到现场作业 电刷镀技术广泛应用于模具制造及失效修复 尤其适用于一些大型 不易搬动的模具 6 2涂镀技术 6 2涂镀技术 6 2 3化学镀电镀是利用外电流将电镀液中的金属离子在阴极上还原成金属的过程 而化学镀是不加外电流 在金属表面的催化作用下经控制化学还原法进行的金属还原过程 化学镀与电镀相比较有如下特点 镀层厚度非常均匀 由于化学镀是在无电源的条件下形成镀层 不会出现因尖端电流密度过大而导致尖角 边缘等突出部分过分增厚现象 甚至对于不通孔沟槽 螺纹等均可获得均匀的镀层 化学镀层有良好的 仿形性 任何形状复杂的零件都很适用 通过敏化 活化等前处理 化学镀可以在非金属材料表面上进行 而电镀法只能在导体表面施镀 工艺设备简单 不需要电源 输电系统及辅助电极 操作时只需把工件正确悬挂在镀液中即可 化学镀是靠基体的自催化活性才能起镀 其结合力一般优于电镀 6 3其它表面强化技术 6 3 1喷丸表面强化喷丸 喷砂 表面强化是采用粘度极低的压缩空气作载体 用压力差使载体将微小直径的珠丸 直径一般为0 4 2mm 高速喷射至工件被加工表面上 使表面产生冷硬层和残余压应力 可以显著提高零件的疲劳强度 6 3 2电火花表面强化电火花表面强化是直接利用电能的高能量密度对表面进行强化处理的工艺 它是通过火花放电的作用 把作为电极的导电材料熔渗进金属工件的表层 从而形成合金化的表面强化层 使工件表面的物理 化学性能和力学性能得到改善 6 3其它表面强化技术 6 3 4气相沉积技术气相沉积是通过化学反应或热蒸发等物理过程 使沉积材料汽化并在基体 工件 表面形成固体膜层的方法 沉积层也称为镀层或覆层 气相沉积是表面技术中发展迅速 类型较丰富的一种表面覆层技术 气相沉积可在各种材料和制品的表面沉积单层或多层薄膜 从