表面处理技术的TD法

1、表面处理技术的 TD 法钢铁零件表面如果渗钒、 铌、钛、钽等合金元素可获得碳化物型渗层。 这类渗层的硬度和耐磨性极高，硬度可达 18003200HV ,而且工艺简便易行，不需复杂的设备，应用于模 具，可使使用寿命提高几倍乃至几十倍， 经济效益很好。 形成金属碳化物型渗层有三种方法， 即硼砂盐浴法、粉末法和气体法。其中TD 法（ Thermal Diffusion 直译热扩散） 是特指以硼砂为基的盐浴渗钒、渗铌、渗铬并形成碳化物的方法，有人又称为反应浸镀法。TD 法是在熔融的硼砂中加入欲渗的元素或其合金的粉粒， 然后将零件浸入其中， 靠欲渗元素原子向零 件表面扩散并与零件基体的碳原子形成金属的碳

2、化物覆层来改善零件表层性能的工艺方法。如果硼砂浴中加入了与氧亲和能力大于硼的活泼元素或化合物作为还原剂，即可还原出活性硼原子， 从而实现渗硼； 如果向硼砂浴中加入与氧亲和力小于硼的金属及合金如钒、 铌、 钽、钛、钨、钼、铬、硅及其铁合金等，就不能还原出硼原子，而这些金属在硼砂浴中以高 度弥散态悬浮的形式存在， 并以硼砂浴为载体， 在高温下通过盐浴不断对流， 与被处理零件 表面接触、吸附并向内部扩散，达到渗金属的目的。与此同时，基体中的碳向表面迁移，从 而在表面获得碳化物覆层。在硼砂浴中加入钒、 铬、铌等金属氧化物，并同时添加适量的铝等为还原剂，由于以下 反应，也可以获得金属碳化物覆盖层。Cr2

3、O3 + 2A 1宀 A1 2 03 + 2 Cr3V2O5 十 10A1 t 5A1 2 03 + 6 V 3Nb2O3+ 10A1 t A1 2 O3+ 6 Nb 硼砂浴中渗金属的处理温度为8001200 C保持时间为1l0h。处理后可根据要求油淬或在熔盐中淬火等。TD 法具有以下优点：设备简单，工艺简便易行，无公害；被覆层均匀、致密而平整， 与母材结合良好，不易剥落；涂覆材料和基体材料广；价格低廉。一、盐浴渗钒盐浴渗钒是在中、 高碳钢或合金钢表面， 被覆硬度为 28003200HV 的钒碳化物层， 以 提高模具的耐磨性和抗粘着性能。渗钒可在高温坩埚电阻炉内进行。渗钒盐浴成分配比：Na2B

4、4O785 %+ V2O5粉10% （或钒铁粉）十AI粉5%;也可以采用钒铁粉 10% + Na2B4O7 （脱水）90%。模具渗钒温度为8501200C，渗钒时间26h。模具渗钒后可进行空冷、油冷或水冷。渗钒层厚度为416 g,渗层主要由碳化物层和过渡层组成。碳化物层主要由 VC多晶体构成，过渡层碳含量和钒含量比碳化物层低。渗钒件大多为冷作模具, 常用钢种为 T8、T10、T12、Cr12、Cr12Mo、Cr12MOV、9SiCr、GCr15、CrWMn、W18Cr4V，有时也可用 45钢或40Cr。如用中碳钢，最好先渗碳再渗钒， 以免贫碳区宽展。 模具要求基体有较高强度时, 渗钒后应升温如

5、 Cr12MoV 等,或降温如 T10 等直接淬火。就模具而言,碳化钒层之下应为回火马氏体,未淬硬区则为索氏体。直接淬火的另一优点是粘附在模具表面的硼砂与渗剂,可在急冷时爆离。盐浴渗钒可以用于冲裁模、弯曲模、挤压模、切边模、冷徽模、制管模和粉未冶金模等 各种冷作模具。例如 Cr12 落料模、冷墩模、 Cr12MoV 钢制精冲凸模、翻边凸模、T8、 T10、T12钢制橡胶成型凸模、GCr15钢制挤压凹模等， 在渗钒淬火回火后比单纯淬火回火件的使 用寿命提高几倍至十几倍。如 D2 钢制冷作模具, VC 层的硬度为 2800HV 左右,耐磨性大 大提高,寿命是普通淬火处理件的 3 倍。 再如 Cr1

6、2 钢制 M20 六角螺母冷墩凹模,经渗钒处 理后,使用寿命为 15万件,为常规处理的 10倍,为盐浴渗硼的 1.5倍,且无剥落和起皮现 象发生。二、盐浴渗铌渗铌也是在硼砂盐浴中进行的。 用盐浴渗铌在模具表面处理后, 在模具表面被覆以硬度为 2100 3500HV 的渗铌层,以提高模具的抗磨损、抗咬合、耐氧化和抗热疲劳等性能,它 比渗硼和气相沉积碳化钛有更好的性能。盐浴渗铌可在坩埚电阻炉内进行。坩埚可用 2mm 厚的 1Cr18Ni9Ti 板焊成。 硼砂盐浴主要成分为：硼砂、氧化铌或铌粉、铝粉。渗剂成分的配比为：Nb 粉 7%10%, W2B4O7 （脱水）90%93%，也可采用 Nb2O5粉

7、 10%、A1 粉 9% , Na2B4O781%（脱 水）的配方。渗铌时先将无水硼砂熔化，然后加入干燥的铌粉，在9001000 C下加入铝粉后，即可将模具放入盐浴内进行渗铌。然后取出直接淬火再回火,最后清理表面。盐浴渗铌的特点有：1、渗铌层的组织GCr15、45、Cr12MOV、W18Cr4V、3Cr2W8V、20 和 20 Cr 钢等材料渗铌后，可得到 一层含 Nb 为 80%的金黄色的铌碳化物层,渗层的组织为NbC。2、渗铌层的硬度渗铌层有极高的硬度, 可以刻划玻璃。 不同材料渗铌层的显微硬度是： GCr15 为29003500HV、45 钢为 2100 2600HV、Cr12MoV 钢

8、为 3200 3500HV。3、渗铌层的性能模具钢经盐浴渗铌后， 比渗硼和气相沉积碳化钛有更好的抗磨损、 抗咬合、 耐氧化和抗 热疲劳等性能。4、渗铌工艺的优点渗铌工艺具有设备和工艺简单、 渗层性能优异、 渗层与基体结合牢固、 不易剥落等优点。5、渗铌工艺要点：1）、模具表面应有低的粗糙度，以免渗铌层深度的不均匀和引起剥落。2）、盐浴重复使用时，每次在使用前要加入1 2盐浴重的铝粉。3）、渗铌的温度，一般以 9001050C为宜。低于 800C时，硼砂粘稠，渗速太慢；高 于1100C时，坩埚寿命低，模具的晶粒组织易粗大，影响模具基体的强韧性。4）、在9001050C进行盐浴渗铌时，根据不同的材

9、料和渗层厚度的要求，保温时间以选在410h为宜。GCrl5钢在900 C进行6h的渗铌后，渗层的厚度可达24 pm, W18Cr4V钢的渗铌层厚度仅为 5 pm。渗铌工艺可用于冲模、弯曲模、成形模、拔管模、热锻模和粉末冶金成形模等模具，可 以使模具的寿命提高几倍至几十倍。例如 Cr12 钢制造的冷冲模具，经渗铌后模具硬度高， 耐磨性好，使用寿命比常规处理提高 510 倍以上。三、盐浴渗铬渗铬具有优良的耐磨性、 抗高温氧化和耐磨损性能， 适用于碳钢、 合金钢和镍基或钴基合金工件。模具零件的渗铬是在硼砂为主的盐浴坩埚炉中进行。盐浴渗铬渗剂成分的配比为：CQO3粉10%12%、Al粉3%5%、Na2B4O785%90%。处理工艺为温度 9501050C,时间46h。处理工序为把工件浸入盐浴中，取出直接淬火、回火后，再清理表面。用于制作冷作模具的 45钢、65Mn、Cr12MoV、W18Cr4V等钢，在980+10 C渗铬6h 后，由（Cr, Fe）23C6及（Cr, Fe）7C3组成的渗层深度在 1527 pm之