TD技术-汽车模具表面超硬改性技术

TD技术简介0TD金属材料外表超硬改性技术TDSurfaceSuperhardModificationTechnologyforMetallicMaterialsTD技术及其应用TD技术简介1一、TD技术原理TD金属材料外表超硬改性技术：采用金属碳化物扩散覆层TD(ThermalDiffusionCoatingProcess)原理，是在一定的处理温度下将工件置于以硼砂熔盐为载体的特种介质中，通过特种熔盐介质中的金属原子和工件中的碳原子产生化学反响，扩散在工件外表而形成一层几微米至二十余微米的钒、铌、铬、钛、铱、钽等金属碳化层。TD技术简介2二、全世界拥有TD技术

知识产权的国家和数量截止2007年9月洲际国家或地区数量美洲美国2家亚洲日本3家韩国2家中国1家欧洲乌克兰1家法国2家德国2家意大利1家英国1家瑞典1家合计16家TD技术简介3三、TD有什么用？

能让磨损失效的金属工件在同等工况下使用寿命平均提高10倍。TD技术简介4四、TD还有哪些成效？耐磨优于硬质合金耐腐蚀优于镀铬或者不锈钢材料超导等同或接近于超导材料TD技术简介5五、拨开TD神秘的面纱TD是一种化学热处理，化学是一名精确的科学。TD的工艺过程其实就是一个氧化复原反响的一个过程。任何东西掌握了就不再神秘。以单渗钒为例：铝、镁复原金属氧化物，获得活性金属原子10Al＋3V2O5==5Al2O3＋6[V]以上反响获得活性钒原子[V]，实现渗钒。TD的三要素：一定的处理温度；金属工件中的有一定碳含量；盐浴中要有一定含量的渗入金属原子。TD技术简介6六、TD的起源和用国人的视觉看TDTD起源于欧洲，前苏联、德国、日本、中国对TD的开展均有奉献。迄今为止最强大的研发实力还在欧洲。

TD，国人俗称渗金属，在全球应用最成功的是硼砂熔盐渗金属。

硼砂盐浴渗金属顾名思义是以硼砂作为载体，并在硼砂盐浴中参加适量的V、Nb、Cr、Ir、Ta、Ti等金属剂，在一定的处理温度下让硼砂熔盐中的金属原子和工件中的碳原子产生氧化复原反响，让铝等氧化物置换出V、Nb等金属原子扩散在工件的外表形成一层碳化层。单渗硼时，硼砂分解反响：Na2B4O7=2NaBO2＋B2O3，此时硼砂既是载体也是供硼剂。在渗金属剂中，硼砂一般作为载体.渗金属剂由添加在硼砂熔盐中的金属粉末供给。由此，渗硼其实就是TD最初级的阶段，渗硼离TD的成功仅一步之遥。TD技术简介7七、TD的标准工艺及业务流程工件受入检查抛光装夹预热

回火清洗TD核心工艺清洗抛光检测公差调整交付包装出具检测报告TD技术简介8八、TD在国内外应用比照国外工业兴旺国家的应用超过75%国内应用不到百万分之一TD技术简介9九、技术特点1、模具外表硬度大大提高，全面解决冷作模具磨损、拉毛等面疲劳失效现象。适合于汽车、钢管、机械、电子、金属加工、标准件等行业；2、与基体冶金结合，表现出最优异的抗剥离性；3、可重复处理；4、不管工件形腔如何复杂，都能形成均匀的被覆层，且处理过程中相对传统工艺模具变形较小；5、光洁度度在Ra0.4以内与处理前无变化。TD技术简介10十、主要技术指标表面硬度2600～3600HV（大约相当于硬质合金的1倍）基体硬度58～62HRC（基体硬度可根据用户对模具(工件)韧性的要求进行可控处理）光洁度Ra0.4之内与处理前无变化碳化层厚度/6～15μmTD技术简介11十一、耐磨性的提高效果实验室：国家重点实验室〔西南交通大学摩擦研究所〕相同试验条件下平均提高44.9倍；工业应用：国内数十家用户信息填制的《用户信息反响表》相同工况下平均提高10倍以上。TD技术简介12十二、耐磨试验－－磨痕比照VC的TD涂层耐磨性比Cr12MoV基体提高44.9倍TD技术简介13十三、耐磨试验－－磨痕OM形貌未经TD处理TD处理后TD技术简介14

十四、试样磨痕宽度及最大磨损深度参数

试样种类磨痕宽度（mm）磨痕宽度（mm）最大磨痕深度（mm）磨痕横截面面积*(×105mm2)Cr12MoV(淬火、回火)1118.7253016.55811166.56Cr12MoV（TD-VC涂层）891.524200.573833.64测试结论VC涂层比Cr12MoV钢的耐磨性提高了44.9倍。

TD技术简介15十五、适合材料国产CrWMnCr12Cr12MoV等进口日本SKD-11DC-53DC-54美国D2D6A2德国X120Cr12X165CrMoV12英国BD2BD2A韩国STD11TD技术简介16十六、选择TD的理由〔一〕、本钱理由直接本钱工件的使用寿命大大提高，降低了制作费用间接本钱经TD处理后的模具加工的产品废次品率大幅降低,且不用经常拆装、维修模具，劳动效率大幅提高。用作机械部件、标准件其使用寿命大幅延长，提高了设备的利用率。〔二〕、技术及工艺理由用作机械部件能保证其耐磨或能保证所加工的产品精度高。用在冷成型模具上可彻底解决其磨损、拉毛等现象，产品外观好〔无划伤〕、公差小。TD技术简介17〔三〕、环保理由局部金属冷成型工艺中可完全省去原用的磷化、皂化工序，生产过程更环保、更平安。〔四〕、营销及企业核心竞争力理由综合本钱低〔价廉〕、产品质量高〔外观好、精度高〕、供货及时(不用经常维修设备或拆装模具，产量能得到根本保证〕是提高企业核心竞争力的最原始也是最根本的、最高级的利器。十六、选择TD的理由〔续〕TD技术简介18〔一〕、所有以磨损失效的冷作模具、标件：冲压、挤压、拉拔、冷镦工艺中的模具，如汽车覆盖件，各类成形、整形、翻边、翻孔、引伸类模具。〔二〕、专业领域的使用：标准件、机械部件、石化、钢铁、机械、航空航天、金属加工等行业对一些既要求高耐磨又要求高韧性的特殊零部件。〔三〕、局部领域取代硬质合金:1、硬质合金韧性差；2、硬质合金加工难度大、本钱高、周期长。十七、TD最直接的应用

TD技术简介19十八、TD在汽车车身及其底盘件的应用横梁纵梁天窗翼子板车门天窗A、B柱车身油底壳侧门防撞梁底盘连接件…

…TD技术简介20十九、TD在汽车零部件的应用车轮减震器离合器制动器消声器各类电机座椅各类铰链滤清器散热器各种冲压、挤压、粉末冶金…

…TD技术简介21二十、主要工艺参数和性能表面成分VCVNbC等热处理方式盐浴处理温度850～1050/°C核心工序时间12～16/h硬化层厚度6～15/μm与热处理工序关系同时可否反复处理可以后加工必要性不必要TD技术简介22二十一、TD处理的温度和加工周期TD处理的温度通常在850-1050℃之间，核心工艺在900-960℃之间，不同的材料有不同的处理温度。TD处理的加工周期核心工序约12-20小时，全部工序大约为40-60小时之间。TD技术简介23二十二、本工艺与其他比较先进的强化技术的主要参数和性能比照强化方法TDQPQ(氮化)渗硼(粉末)CVDPVD硬质合金表面成分VCVNbCFe2N-Fe3FeBFe2BTiNTiCTiNTiC钨、钴类热处理方式

盐浴气体盐浴气体粉末气体法气体法硬化层厚度/um6～1510～2050～5005～152～5通身一样表面硬度/HV2600～3600700～11001200～18002000~31002000~32001500~1800耐磨性能★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★韧性★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★抗剥离性能★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★硬化层均匀性★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★TD技术简介24二十三、成功应用实例工件名称材料被加工材料使用效果整形、成型模具Cr12MoV低碳钢板提高5～40倍以上冲头DC53不锈钢提高4～20倍以上车轮滚型Cr12MoV低碳钢板提高3～30倍以上冷拔钢管Cr12低碳钢板提高3～10倍以上机械部件Cr12MoV提高5～15倍以上滚丝轮DC53低碳钢板提高3～15倍以上钢管轧辊Cr12MoV低碳钢板提高5～20倍以上焊管成形辊Cr12MoV不锈钢板平均高6倍以上TD技术简介25二十四、TD的技术种类及其最适合的应用领域

№技术种类应用领域1渗钒（V）磨损失效，生产批量大的各类冷成形模具。2渗铌(Nb）磨损失效，生产批更大的各类冷成形模具。3VNb共渗磨损失效,生产批量更大,工作温度＜550°C各类成形模具。4铬铌共渗(CrNb)耐磨损，耐腐蚀，工作温度不高于900°C的金属工件。5渗钛(Ti）以点疲劳为失效形式的各类模具（落料、冲孔及其带刃口的模具）、标准件。6渗铱(Ir）半导体、超导的替代材料，用于国防工业。7渗钽(Ta）8多元共渗综合工况使用的金属工件。TD技术简介26比较对象优势劣势PVD外观好看，硬度能接近TD。

涂层薄，硬化层不均匀，绕镀性不好，易剥离，只能加工小件。CVD外观好看，硬度能接近TD。

涂层薄，硬化层不均匀，绕镀性不好，易剥离，只能加工小件，生产过程不环保。QPQ(氮化)

变形小，生产周期短，可以加工大的工件，成本低。硬度不高，不耐磨，易剥离。镀铬生产周期短，成本低。硬度不高、不耐磨、不环保。粉末渗硼成本低。

硬度不高，不耐磨，硬化层不均匀。工作环境恶劣。钨钴类硬质合金基体的一致性好。

韧性低，硬度不高，不耐磨，加工成本高。二十五、TD与潜在竞争技术的比照TD技术简介27第三单元TD应用导航TD技术简介28一、TD给社会带来的进步

TD作为一种环保、节能的金属材料外表改性技术，它能充分发挥和提高材料的使用潜能，每年可给全社会带来数十亿乃至数百亿的经济效益。如果企业和政府都来大力推广和倡导全社会有需要的企业都来采用硼砂熔盐渗金属的新技术，会给社会带来的奉献如下：

1、经济效益：金属工件使用寿命平均较传统强化方式提高10倍以上，综合本钱可平均降低50%以上。

TD技术简介29一、TD给社会带来的进步〔续〕2、社会效益

〔1〕、大大节约了珍贵的不可再生资源－－金属材料；

〔2〕、普通的合金工具钢在很多领域可代替硬质合金，且使用性能更优，极大弥补了国内资源的缺乏；

〔3〕、节能――立竿见影地实现了节约型社会：使用寿命平均提高10倍以上，可减少10次常规热处理，能耗自然能降低10倍以上；

〔4〕、环保：生产过程零排放。本技术采用硼砂熔盐作为载体，硼砂本身无毒无味，其熔点约为780℃，分解温度约为1530℃。

〔5〕、产品及企业核心竞争力能得到大幅提高。TD技术简介30二、汽车镶块模具TD处理中的本卷须知模具设计模具材料的选用模具的制造TD前热处理方式TD前尺寸预留包装、储存、运输及人工作业平安装配及调试特殊情况下的焊补模具的使用TD技术简介31三、正确认识TD在汽车模具的应用世间并无包治百病的药，TD也不能解决模具失效的一切问题，有且仅有以下情况出现才是使用TD的最正确前提：模具的失效形式为磨损失效；产品的单一产量高；产品的外观要求严；模具材料符合TD处理的要求；模具无焊接、严重磕碰、划伤、开裂等现象；模具的前道热处理与TD工艺兼容；模具通过试模后已通过小批量生产〔建议稳定生产两千件以上〕，模具使用已根本稳定。TD技术简介32四、在汽车模具强制采用TD的建议当以下条件同时出现时我们建议强制性使用TD技术：拉深、成型、整形、翻边、翻孔等磨损失效的冷作模具；被加工材料的屈服强度大于400MPa；被加工材料厚度大于1.4mm；单一产量大于10万件；产品外观要求严格。TD技术简介33五、镶块模具采用TD工艺时应注意的事项

1、设计：单一镶块长度不超过380mm;尽量防止尖角,只有R＞0.5mm才能确保TD过程中热应力和组织应力的消除，从而有效躲避和减少工件在TD过程中开裂和变形量过大的风险；长径比、壁厚合理。TD技术简介34五、镶块模具采用TD工艺时应注意的事项〔续〕2、模具材料的选用：能采用Cr12MoV，尽量防止使用Cr12；能使用国产材料的尽量不适用进口材料，如果模具考虑TD处理，在使用效果上国产材料与进口材料差异不大，或者没有，如果不考虑采用TD，进口材料的综合性能应极大优于国产材料；我们认为大型国企生产的Cr12MoV都很成熟，我们推荐的优选主要厂家的有：抚顺特钢、上五钢、大冶特钢、长城特钢；进口材料我们推荐：SKD-11、KD-11S、DC-53、D2、D6、A2；TD技术简介353、初始热处理工艺：以下热处理方式可与TD兼容，请根据材料和本钱因素选择：渗碳；普通厢式电炉；普通井式电炉；中性盐浴炉；真空淬火；外表感应淬火；外表激光淬火；TD处理。五、镶块模具采用TD工艺时应注意的事项〔续〕TD技术简介36五、镶块模具采用TD工艺时应注意的事项〔续〕4、制造过程的控制。TD技术简介37五、镶块模具采用TD工艺时应注意的事项〔续〕5、特殊情况下的焊补即便是兴旺的工业国家，模具的焊补也在所难免，其理由是：高强度材料的采用，材料回弹难以准确定量，让模具设计和试模难度加大，模具的修复似乎在所难免；可能随时出现的设计变更；模具制造过程中的失误。模具焊补后容易出现的缺陷主要表现在：焊点开裂；模具变形超差；焊接局部不能做上TD覆层，整个工件的TD层不均匀。尽管模具的焊接会难以防止，但也完全可行。我们通过前期的技术沟通，焊补的模具也不会明显影响其使用性能。TD技术简介38五、镶块模具采用TD工艺时应注意的事项〔续〕5、特殊情况下的焊补〔续〕我们建议对模具的焊补采取以下方法后，可以大幅减少或躲避缺陷模具焊补的缺陷：1〕焊接方式：氩弧焊、交流焊、、激光焊、刷镀焊；2〕焊接材料：原那么上采用与基体材料完全相同的焊接材料，Cr12MoV推荐采用517焊材。其他进口材料选用与材质完全一样的焊材；3〕焊接方法：对焊接部位打坡口，并确保其洁净；工件用60-80℃预热透保温2小时；对焊接量较大的工件实行堆焊，堆焊时要确保焊渣去除干净，同时还需用角磨机反复打毛焊接面后再焊。一个焊接面尽量使用一支焊条，焊接过程中尽可能躲避焊条接续；对焊接好的工件用80-120℃热透保温2小时后随炉冷却。TD技术简介39五、镶块模具采用TD工艺时应注意的事项〔续〕6、装配、调整和使用，人、机、料、法、环的匹配。TD技术简介40六、汽车梁类、车身及底盘模具TD处理

将逐渐将成为必然的理由1、高强度材料的采用；2、涂装方式的改变；3、单一车型产量的提高；4、顾客对质量的要求日益提高；5、行业竞争的加剧。TD技术简介41七、汽车镶块模具TD的主要检测指标和检测方法

检验指标检验设备检验方法表面硬度维式硬度计对试块进行显维硬度的检测

基体硬度小件台式洛氏硬度计对工件或试块进行洛氏硬度的检测大件便携式里氏硬度计对工件进行洛氏硬度的检测TD层厚度显微镜用化学试剂腐蚀后在显微镜下检测TD技术简介42七、汽车镶块模具TD的主要检测指标和检测方法(续)通常情况下外表硬度是检测试块，在实际生产中每炉都会放置数块与TD工件的材料完全一样的试块。每一炉都会对试块进行检测，如果在材料没有差异的情况下，我们默认为同炉次中的工件的外表硬度近似于试块的硬度。众所周知，维式硬度计不能对大件进行硬度检测，而且对检测工件的光洁度要求也较高。因此，在多数情况下不能对工件直接进行检测。如果TD处理的工件较小，且光洁度较高的话，也可直接对其进行维氏硬度检测。TD技术简介43八、TD层的厚度多高比较适宜

凡事皆有度，TD层也并非越厚越好。我们通过多年的研发和应用得出的结论是适宜最好。如果TD层太薄，其耐磨程度会降低，如太厚，那么又容易出现剥离〔起皮〕的现象。TD层形成的厚度、形成时间和难易程度与材料的碳含量和工艺温度、工艺时间有明显的正比关系。含碳量高的材料可适当做高厚度，反之那么降低厚度，否那么极易产生剥离现象。从应用角度〔确保其耐磨性〕出发，我们建议把TD层做到8-12μm最好。TD技术简介44九、TD层的外表硬度多高比较适宜从理论上讲，外表硬度做得越高越好。各国的国家标准和行业标准对TD的外表硬度都没有一个刚性的指标要求。不同的TD种类〔渗入金属元素的种类和工艺方法的不同〕其外表硬度也存在一定的差异。只要外表硬度到达2000HV以上都可以满足绝大多数工况的需求。TD技术简介45十、TD工件的基体硬度多高比较适宜

TD处理后金属工件的基体硬度不是用来耐磨的，而是用来支撑TD层的刚性的。基体硬度跟工件的基体材料和工况有关，如果工作载荷大、对工件的韧性要求高，就把基体硬度适当降低，反之那么适当提高。在用户没有特殊要求的情况下，我们建议将基体硬度做到58～62HRC之间比较适宜。在实际应用中，被加工材料的硬度越高，基体硬度就尽可能提高。反之，那么适当降低基体硬度。总之，根据不同的行业和不同的工况，适宜的基体硬度最好，并非越高越好。主要是寻求基体硬度和外表硬度的一种平衡。TD技术简介46十一、关于TD工件的重复处理TD完全可以反复处理，重复处理的次数取决于工件中碳的含量，但经过第二次TD后的使用效果会递减。如果工件大、含碳量高的可重复处理的次数就多，反之就少。工件经反复处理后通常情况下会产生贫碳区或碳含量的偏析，其工件中的碳含量低于0.35%时就缺乏以支撑其与特殊熔盐中的金属原子产生化学反响，这时TD层的形成质量和形成难度就会受到影响。我们建议稍大一点的工件〔直径大于Φ100mm〕最多可反复做4次TD。TD技术简介47十二、TD后工件的变形量

从理论上讲，并没有不变形的热处理，TD也一样，这也是TD今后攻关的主要课题。只不过TD在如此高温度下相对其他热处理其变形量应该算最小的。尽管TD处理也会有变形，但是可以通过工艺试验，最有效的方法是用预留尺寸法来弥补。事实上TD处理的变形量针对每一种金属材料并没有一个通用的、精确的计算公式。目前针对国产的金属材料我们摸索出的平均的变形量约为≤0.05‰，如果只针对于同一炉次的材料我们通过工艺试验的方法可以精确地控制在能够满足用户使用的范围之内。TD技术简介48十三、TD过程中影响工件变形的因素

影响因素很多，但主要有：1、材料：化学成分、轧制质量、纤维方向〔棒材、板材、锻件〕等；2、热处理：TD前的热处理工艺和质量，特别是组织应力和热应力的消除情况；3、设计：产品的形状、壁厚、长径比等因素。4、TD:工件的装夹及TD工艺；TD技术简介49十四、TD前仍然要对工件进行热处理的理由

TD其实就是一个完整的热处理过程。不管TD前的工件的基体硬度有多高，在TD过程中都会有一个重新淬火的过程。尽管如此，我们仍然建议客户在TD前应该给工件淬火或调质，其理由是：

1、可以保证工件磨削加工的光洁度；

2、有基体硬度可以支撑试模；

3、通过对材料前端组织应力和热应力的消除，可以降低TD处理过程中的变形量；

4、材料的锻造缺陷可及时发现；

5、降低物流中工件撞伤的几率。TD技术简介50十五、对不能与TD兼容的其他

热处理工艺的加工方法

渗氮(QPQ)、渗硼、深冷处理、各种化学镀、PVD、CVD、PCVD等将热处理方式都不能直接做TD，需除去外表硬化层后才可进行TD加工，其工艺可分为物理方法、化学方法、物理化学方法，具体工艺可向本公司咨询。TD技术简介51十六、TD后模具公差的校正由于种种原因导致模具在TD后公差不能满足使用要求，此时需对模具进行公差校正，其方法很多主要有：1、在常温下用物理的方法：〔1〕、对长杆件、薄壁件可使用液压校正设备进行调整；〔2〕、对符合人工修正条件的工件可利用设备、工具来进行调整。2、在一定的温度下使用物理方法。用夹具对工件进行物理校形的方法在一定的加热温度下进行公差调整。3、对符合一定条件的高精密度的工件进行深冷处理。TD技术简介52第四单元商务条款TD技术简介53一、价格每公斤税前价为人民币110-170元每公斤，含往返门到门运费〔每次在1吨以上时〕、包装费。TD技术简介54二、结算方式

定做方在承揽方交付工件前付合同总金额的50%，货到后30日内进行验收，验收合格后3个工作日内一次性付清余款，定做方的验收周期最长不超过两周。TD技术简介55三、产品交付的质量标准

定做方为承揽方提供的工件的材质为SKD-11、DC53，D2，Cr12MoV，承揽方进行TD处理后的模具〔工件〕应符合以下标准，并以此作为双方发生质量争议时的最终裁决标准：TD层表面硬度/HV2600-3200HV基体硬度56-63HRCTD层厚度8-15μmTD技术简介56〔四〕、使用效果的承诺保证TD处理的梁类、底盘连接件、车身件、覆盖件类模具产量能到达30万次。如因非人为原因所致的TD提前失效，本公司免费进行TD处理。TD技术简介57五、承揽方在交货时向定做方

提供的质量文件和试块

1、《TD工件使用说明书》；

2、《部品检测报告》；

3、每炉次的随炉试块。TD技术简介58六、交货期

每次加工量在2000kg时，在承揽方入库后10天内从承揽方所在城市交付发运。每增加1吨增加7个工作日。TD技术简介59七、双方责任和权利

〔一〕、定做方的责任和权利1、向承揽方提供合格的符合TD处理的模具和相关背景资料。如产品图纸、模具材料种类、原热处理方式、焊补情况、工作状况等。模具要求无开裂、无划伤、无磕碰、无焊接等缺陷，原热处理的方式为真空淬火、渗碳、中性盐浴、各种空气炉、激光淬火、感应淬火和TD处理的工件；2、定做方应向承揽方提供模具的材质书、原热处理工艺、有效的探伤检测报告；3、按承揽方TD处理的技术要求使用、保养、储存经TD处理后的模具；4、有权要求承揽方提供技术支持和售后效劳；5、有权对产品质量提出争议；6、按时向承揽方支付加工费用。TD技术简介60七、双方责任和权利〔续