模具表面TD法盐浴工艺.doc

模具寿命及材料 学 院（系） 机 械 工 程 学 院 专 业 班 级 材料10801 班 级 序 号 21、22、23、25 学 生 姓 名 卢尉、沈军奇、田定奎、王泽彪 模具表面TD法盐溶渗钒工艺模具表面渗金属方法和渗硼法相类似，根据所用渗剂聚集状态不同，可分固体法、液体法及气体法。1、固体法渗金属 最常用的是粉末包装法，把工件、粉末状的渗剂、催渗剂和防烧结剂共同装箱、密封、加热扩散而得。这种方法的优点是操作简单，无需特殊设备，小批生产应用较多，如渗铬、渗钒等。缺点是产量低，劳动条件差，渗层有时不均匀，质量不易控制等。如固体渗铬，渗剂为100200目铬铁粉(含Cr65)(4060)+NH4Cl(123)，其余为Al2O3；渗铬过程 当加热至1050的渗铬温度时，氯化铵分解形成HCl，HCl与铬铁粉作用形成CrCl2，在CrCl2迁移到工件表面时，分解出活性铬原子Cr渗入工件表面。与此同时，氯与氢结合成HCI，HCI再至铬铁粉表面形成CrCl2，并重复前述过程而达到渗铬目的。2、 液体法渗金属 液体法渗金属分为两种：一种是热浸法，一种是盐浴法。目前最常用的盐浴法渗金属是TD法。它是在熔融的硼砂浴中加入被渗金属粉末，工件在盐浴中被加热， 同时还进行渗金属的过程。TD处理技术（Thermal diffusion）是1970年由日本（株）丰田中央研究所开发出来的碳化物被覆技术，因被覆层是由工件中的碳元素和被覆剂中的元素高温反应而成，故称之为热反应扩散沉积处理技术，简称TD或TRD处理。2.1TD处理的设备和一般处理工艺 TD处理所用的一般设备如下图所示 a）外热式坩埚盐浴炉 b）内热式电极盐浴炉 处理用盐浴示意图处理剂成分：传统的TD处理剂成分70%90%是硼砂（Na2B407），根据处理被覆层的要求，再加入碳化物的形成元素，如钒铁粉、铌铁粉、五氧化二钒等，以及一定的还原剂。但是，随着研究的不断深入，现代的处理剂已经不再仅仅局限于硼砂了，可以是中性盐、碳酸盐、氯盐的混合物。TD处理的一般工艺是将无水硼砂放入耐热钢坩埚中加热到8001100，然后加入碳化物形成元素，再将工件浸入处理剂中，充分搅拌，保温110h（具体时间取决于处理温度和被覆层厚度的要求），工件表面就会形成一层致密的渗金属层。保温完毕，取出工件进行淬火、回火等必要的人处理，使工件基体获得必要地力学性能。2.2碳化物形成机理碳化物的形成是硼砂盐浴中的活性金属原子与工件本身的碳原子双向扩散的结果。这个形成过程一般包括以下几个步骤：1） 碳化物形成元素的合金或氧化物粉末和还原剂作用后不断向盐浴中融解，形成活性金属原子。2） 活性金属原子在硼砂盐浴中向工件表面扩散。3） 活性金属原子在工件表面与工件中的碳原子。4） 工件内部碳原子不断向表面扩散，与金属原子结合，碳化物层厚度不断增加。由此可见，TD处理过程中的V、Cr、Ti的碳化物形成元素与C原子结合在工件表面形成的VC、CrC、TiC等碳化物，其中的V、Cr、Ti来自盐浴中所添加的合金粉末或氧化物粉末，而碳化物中的碳原子则来自工件，碳化物层的形成是靠盐浴中活性的金属原子和碳原子的双向扩散在工件表面沉积而形成的。碳原子的整个扩散过程均在工件内进行，不涉及到工件外面。因此，TD处理技术是一种利用扩散原理进行表面强化处理的方法。另外，由于碳化物覆层中的碳取自工件本身，所以，要求工件必须具有一定的含碳量，一般要求工件的含碳量在0.4%以上，含碳量高的工件对碳化物的形成有利，所以含碳量较高的工具钢是最适宜做TD处理的工件。2.3、TD覆层的主要特点TD处理可以显著提高工件的耐磨性和抗粘附性以及良好的耐蚀性和抗氧化性,用TD处理可使冷作模具寿命提高十几倍乃至几十倍。TD法与其他表面强化方法相比除设备简单，操作方便，成本低廉以外，还具有以下诸多优点： （1）具有很高的表面硬度，可达HV28003200，远高于氮化和镀硬铬等表面处理方法，因而具有极高的表面耐磨、抗拉伤和耐腐蚀等性能；（2）更换盐浴成分就可以改变碳化物层种类，可形成不同类型碳化物或复合碳化物层；（3）无论工件形貌如何，均能形成均匀的被覆层，在小孔槽深处亦不受影响；（4）被覆后的表面粗糙度与处理前大致相同，若工件处理前表面光滑，则处理后可直接使用；（5）盐浴寿命长，不容易老化；（6）工件因长期服役而使碳化物层磨损时可以重新处理，重新处理时，不必清除原来遗留的被覆层，新旧覆层结合自然良好；（7）盐浴主要成分高温性能稳定，几乎不产生有害烟尘；（8）基材选择范围较广，含碳量高于0.4%的钢铁都可以进行有效处理；（9）形成的碳化物层的组织，力学性能不因基材种类和处理条件发生改变而变化，故其使用性能稳定；（10）TD处理可以获得具有比渗硼更高的超硬度碳化物层，故可得到胜过硬质合金的耐磨性，此外，耐蚀性和抗氧化性也非常优异。缺点：是盐浴有比重偏析，必须在渗入过程中不断搅动盐浴。另外，硼砂的PH值为9，有腐蚀作用，必须及时清洗工件。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。2.4、TD法可以解决的问题（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。2.5、TD法的应用（1） 汽车冲压件成形模具在高强度钢板和厚料板的冲压成形过程中，未经过表面处理的工件表面拉伤严重，有些甚至无法正常生产。经TD覆层处理后，一方面根本上解决了工件表面的拉伤问题，无须经常停机修磨模具，提高了生产效率，改善了产品的外观。另一方面，模具寿命一般可以达数十万件