表面強(qiáng)化技術(shù)不僅能夠提高模具表面耐磨性及其它性能淑廊，而且能夠使模具內(nèi)部保持足夠的強(qiáng)韌性鸽捻，這對于改善模具的綜合性能凳鬓、節(jié)約合金元素茁肠、大幅度降低成本、充分發(fā)揮材料的潛力以及更好地利用模具新材料都是十分有效的缩举。實踐證明官套，表面強(qiáng)化處理是提高工模具質(zhì)量和延長模具使用壽命的重要途徑。

　　模具表面強(qiáng)化處理按其原理可分為化學(xué)熱處理蚁孔、表面涂覆處理和表面加工強(qiáng)化處理奶赔。模具表面強(qiáng)化處理的方法多種多樣，不僅包括傳統(tǒng)的表面淬火技術(shù)（如感應(yīng)淬火眠亿、火焰淬火等）衷屋、熱擴(kuò)滲技術(shù)（如滲碳、滲氮也控、碳氮共滲尔粮、滲金屬等）、熱噴涂技術(shù)用省、堆焊技術(shù)和電鍍硬鉻技術(shù)外激靡，還有近20年來迅速發(fā)展起來的激光表面強(qiáng)化技術(shù)开撤、物理氣相沉積技術(shù)（PVD）、化學(xué)氣相沉積技術(shù)（CVD）娩纱、離子注入技術(shù)等瞒唇。由于激光和電子束等新能源的能量集中、加熱迅速磨豁、加熱層薄服畜、自激冷卻、變形很小顾翼、無需淬火介質(zhì)投放、有利于環(huán)境保護(hù)、便于實現(xiàn)自動化等優(yōu)點适贸，因而在金屬材料特別是模具材料表面強(qiáng)化方面的應(yīng)用越來越廣灸芳。

　　表面工程技術(shù)應(yīng)用于模具表面，可達(dá)到如下目的拜姿。

　±友（1）提高模具表面硬度、耐磨性砾隅、耐蝕性和抗高溫氧化性能误阻，大幅度提高模具的使用壽命；

　∏绻　（2）提高模具表面抗擦傷能力和脫模能力究反，提高生產(chǎn)率；

　∪迓濉（3）采用碳素工具鋼或合金鋼精耐，經(jīng)表面涂層或合金化處理后，可達(dá)到甚至超過高合金化模具材料甚至硬質(zhì)合金的性能指標(biāo)琅锻，不僅可以大幅度降低材料成本竿饭，而且可以簡化模具制造加工工藝和熱處理工藝，降低生產(chǎn)成本肴泥。

　〔坏省（4）可用于模具的修復(fù)。尤其是電刷鍍技術(shù)可在不拆卸模具的前提下完成對模具的修復(fù)耻宋，且能保證修復(fù)后的工作面仍有足夠的粗糙度腿弛，因而倍受工程技術(shù)人員的重視。

　⊙憬怼（5）可用于模具表面的紋飾躬摆，以提高其塑料制品的檔次和附加值。

　　表面強(qiáng)化技術(shù)在模具制造和修復(fù)中的應(yīng)用

　〔硐肌（1）表面形變強(qiáng)化技術(shù)阻洋。

　　表面形變強(qiáng)化可以使模具表面產(chǎn)生冷作硬化绕鸯，改善模具表面的粗糙度，有效去除電火花加工而產(chǎn)生的表面變質(zhì)層败芙，提高模具的疲勞強(qiáng)度鹃壤，抗沖擊磨損性能，從而達(dá)到提高模具使用壽命的目的承边。主要適用于落料模遭殉、冷沖模石挂、冷鐓模和熱鍛模等以疲勞失效形式主的模具博助。模具經(jīng)噴丸強(qiáng)化后使用使命的提高見表1。

　”杂蕖（2）表面熱擴(kuò)滲技術(shù)富岳。

　　用加熱擴(kuò)散的方式使欲滲金屬或非金屬元素滲入模具的表面，形成表面合金層拯腮，從而提高模具表面的耐磨性窖式、耐腐蝕性以及疲勞強(qiáng)度等性能。其突出特點是擴(kuò)滲層與基材之間是靠形成合金來結(jié)合的（即所謂冶金結(jié)合）动壤，具有很高的結(jié)合強(qiáng)度萝喘，這是其它涂層方法如電鍍、噴鍍或化學(xué)鍍琼懊、甚至物理氣相沉積技術(shù)所無法比擬的阁簸。熱擴(kuò)滲技術(shù)又稱為熱滲鍍技術(shù)或化學(xué)熱處理技術(shù)[2-3]。用于熱擴(kuò)滲的元素很多掩纺，常用的滲入元素有碳伏嬉、氮、硅炼注、硼怕翘、鋁、釩方数、鈦辞镇、鎢和硫等，二元乃至多元共滲工藝以及稀土多元共滲工藝正在模具表面強(qiáng)化或改性中發(fā)揮著越來越大的作用询烤。稀土元素的加入對改善鋼的表層組織結(jié)構(gòu)忙甩、物理、化學(xué)及機(jī)械性能都有極大影響衔系。稀土元素具有提高滲速（滲速可提高25%～30%胞讯，處理時間可縮短1/3以上）、強(qiáng)化表面（稀土元素具有微合金化作用砾褂，能改善表層組織結(jié)構(gòu)炸涝，強(qiáng)化模具表面）昼浦、凈化表面（稀土元素與鋼中 P、S筒主、As关噪、Sn、Sb乌妙、Bi使兔、Pb等低熔點有害雜質(zhì)發(fā)生作用，形成高熔點化合物藤韵，同時抑制這些雜質(zhì)元素在晶界上的偏聚虐沥，降低滲層脆性等多種功能。例如泽艘，3Cr2W8V鋼制鋁合金壓鑄模經(jīng)900 oC×4h稀土硼鋁共滲后欲险，深層厚度30～40μm，硬度1800～2000HV匹涮，與基體結(jié)合良好天试，脆性低；滲層主要由FeAlB和(FeAl)2B相組成然低，其抗高溫氧化性能喜每、耐磨性能均優(yōu)于離子氮化和固體滲硼。生產(chǎn)試驗結(jié)果表明拘挖，該工藝生產(chǎn)周期短找鹅，氧化脫碳容易控制，零件變形小卤酬，表面光潔度高膛躁，使用壽命成倍增長[2]。

　≌碛椤（3）堆焊技術(shù)赢虚。

　　堆焊技術(shù)主要用于制造雙金屬模具和損壞模具的修復(fù)。在碳素鋼或鑄鋼基體的表面上叶素，堆焊一層具有特殊性能的表面層舰秀，使其達(dá)到耐磨、耐熱或耐腐蝕的目的屹请，可以節(jié)省大量的貴重金屬枚鸭，提高材料的使用壽命，具有很大的經(jīng)濟(jì)效益癣臭。一些經(jīng)常在特殊環(huán)境下工作的模具零件饵较，其表面磨損很嚴(yán)重，有的甚至破碎或斷裂。采用堆焊工藝進(jìn)行修復(fù)循诉，不僅可以節(jié)省大量的貴重材料横辆，而且堆焊修復(fù)模具的使用壽命與新制造模具壽命相當(dāng)，有的甚至比新模具的使用壽命還長茄猫。例如狈蚤，選用文獻(xiàn)[3]研制的新型冷沖模堆焊焊條，采用堆焊工藝在普通鑄鐵基體上進(jìn)行了大型修邊模具的堆焊制造和損壞模具的堆焊修復(fù)划纽，結(jié)果表明脆侮，采用新型冷沖模堆焊焊條在灰鐵毛坯上堆焊制造大型修邊模具工藝簡單，堆焊模具的使用壽命與工具鋼鑲塊模具的使用壽命相當(dāng)勇劣。

　【副堋（4）熱噴涂技術(shù)。

熱噴涂是將噴涂材料經(jīng)特定熱源加熱至熔融或半熔融狀態(tài)芭毙，通過高速氣流使其霧化并噴射到工件表面筋蓖，形成耐磨卸耘、耐腐蝕以及抗高溫等特殊性能涂層的一種表面加工方法魁跷。特別適合于大型模具以及嚴(yán)重磨損條件下工作的模具。熱作模具不僅在較高的溫度環(huán)境下工作笙铸，而且遭受磨損洗念、擠壓、沖擊及冷熱疲勞作用奖踏，可以選用鈷基自熔合金以及陶瓷來提高耐熱磨損性能提蕴。例如，用工具鋼制作的高熔點金屬擠壓模橱泻，擠壓溫度在 1320 oC以上時只能進(jìn)行一次作業(yè)灼镣，采用等離子噴涂0.5～1.0mm的氧化鋁涂層后，擠壓溫度可達(dá)1650oC抢坯，噴涂氧化鋯涂層丐浑，擠壓溫度可達(dá)2370oC，模具的使用壽命可延長5~10倍豫鲁。

　∽烤荨（5）電鍍及化學(xué)鍍技術(shù)。

　　作為模具表面強(qiáng)化技術(shù)凛未，首選鍍鉻層捅位，它具有耐磨、減摩搂抒、耐熱艇搀、耐腐蝕、摩擦系數(shù)低求晶、防咬合等特點焰雕，改善模具表面性能姜胖，提高模具壽命功能。主要用于塑料模淀散、橡膠模右莱、玻璃模等型腔模的表面硬化。鍍硬鉻層既可以作為模具表面的耐磨層档插，也可以對舊模具進(jìn)行修復(fù)慢蜓。例如塑料膜型腔鍍硬鉻或通過鍍硬鉻進(jìn)行修復(fù)后，不僅模具使用壽命延長郭膛，而且壓縮過程中有利于塑料流動充滿型腔晨抡，便于脫模，塑料件表面光亮盏酵。但電鍍層與鋼的結(jié)合強(qiáng)度有限慷抛，以及熱膨脹系數(shù)差異大等問題，不能用于經(jīng)受急冷急熱作用的熱作模蚊霞。電刷鍍Co-N睹协、Co-Mo鍍層，化學(xué)鍍Ni-P鍍層姆盲，Ni-SiC叁利、Ni-B彌散鍍層等都在模具表面得到了應(yīng)用，提高了模具的使用壽命盒咪，多新的特點而被廣泛用于微電子和光電子工業(yè)完各，用于沉積多種功能膜層。目前正在耐磨瘟麻、耐蝕右婚、裝飾等領(lǐng)域開展應(yīng)用研究。

　∨ピ邸（6）電火花強(qiáng)化技術(shù)耍才。

　　電火花表面強(qiáng)化技術(shù)是利用電火花放電時釋放的能量把作為火花放電電極的導(dǎo)電材料（如WC、TiC）熔滲進(jìn)模具的表面般甲，起到強(qiáng)化模具表面的作用肋乍。模具經(jīng)過電火花強(qiáng)化之后，為了得到所要求的精度敷存，可進(jìn)行適當(dāng)?shù)哪ハ骷庸つ乖欤ハ骱蟛⒉粫绊憦?qiáng)化層的硬度和耐磨性（在保持表面層硬度的條件下）。磨削后在強(qiáng)化表面會殘留微孔锚烦，將顯著改善配合零件的潤滑條件觅闽，另一方面又可改善耐磨性能。使用壽命可延長數(shù)倍。

　　該方法較其他方法簡單蛉拙，效果好尸闸，因而它在實際生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。利用電火花裝置孕锄，可強(qiáng)化冷沖模吮廉、壓彎模、拉深模畸肆、擠壓模宦芦、壓鑄模和某些熱沖、熱鍛模具闺酬。一般經(jīng)強(qiáng)化的模具哟口，可提高使用壽命0.5～2倍。

　∩瘛（7）激光表面強(qiáng)化技術(shù)棠雌。

　　近幾年來，激光熱處理技術(shù)在汽車工業(yè)占航、工模具工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用旬城。它改善金屬材料的耐蝕性，特別是在模具工業(yè)中墙议，經(jīng)激光熱處理的模具的組織性能比常規(guī)熱處理有很大的改善确缩。激光表面強(qiáng)化技術(shù)主要包括激光淬火、激光熔凝硬化久挖、激光合金化、激光熔覆等犬捧。

　　1）激光表面淬火歹对；

　　由于激光處理時的冷速極快，可使奧氏體晶粒內(nèi)部形成的亞結(jié)構(gòu)在冷卻時來不及回復(fù)及再結(jié)晶强重，從而可獲得超細(xì)的隱針馬氏體結(jié)構(gòu)绞呈，可顯著提高強(qiáng)韌性，延長模具使用壽命〖渚埃現(xiàn)用于激光淬火的模具材料有CrWMn佃声、Cr12MoV、9CrSi倘要、T10A圾亏、W6Mo5Cr4V2、W18Cr4V封拧、GCr15等志鹃。這些鋼種經(jīng)激光淬火后，其組織性能均得到很大的改善。例如GCr15沖孔模曹铃，把其硬度由HRC58～62降至HRC45～50缰趋，并用激光進(jìn)行強(qiáng)化處理，白亮層硬度為 HV849陕见，基體硬度為HV490桶辉，硬化層深度為0.37mm，模具使用壽命提高2倍以上[8]指晾。又如CrWMn鋼加熱時易在奧氏體晶界上形成網(wǎng)狀的二次碳化物穴愕，顯著增加脆性，降低沖擊韌性替程，耐磨性也不能滿足要求渗蜀。采用激光淬火可獲細(xì)馬氏體和彌散分布的碳化物顆粒，消除了網(wǎng)狀撕陈。在淬火回火態(tài)下激光淬火可獲得最大硬化層深度及最高硬度HV1017历喊。Cr12MoV鋼激光淬火后的硬度、抗塑性變形和抗粘磨損能力均較常規(guī)熱處理有所提高[10]生凯。 W6Mo5Cr4V及W18Cr4V高速鋼激光淬火后具有較常規(guī)淬火更高的硬度,中溫回火可以進(jìn)一步提高激光硬化層的硬度法竭，這是由于激光超快速加熱時固溶了更多的碳及合金元素所致。

　　2）激光表面熔凝硬化啥葡；

　　用高能激光照射模具表面蚣殴，被照射區(qū)將以極高的速率熔化，由于熔化區(qū)相對于模具基體來說非常下政模，冷卻速度極快岗宣。5CrMiMo滲硼層在激光熔凝處理后，與原始滲硼層相比淋样，強(qiáng)化層深度增加耗式，強(qiáng)化層硬度趨于平緩，滲硼層的脆性得以改善[13]趁猴。

　　3）激光表面合金化刊咳；

　　激光表面合金化是采用激光照射預(yù)先涂敷在模具表面的合金涂敷層，使之熔化并與基體表面混合儡司，形成物理狀態(tài)娱挨、組織結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分不同于基體的新表層，從而提高模具表面的耐磨性捕犬、耐腐蝕性和高溫抗氧化性等跷坝。CrWMn經(jīng)復(fù)合粉末激光合金化，可使耐磨性大大提高或听，其體積磨損量為淬火CrWMn的1/10探孝，壽命提高 14倍[14]笋婿。M2高速鋼激光表面鈷合金化后，表面層Co含量可達(dá)2%～5%迈堂，合金化層中Co含量的變化受激光工藝參數(shù)和預(yù)沉積Co厚度控制列啃，合金化層硬度可達(dá)700~800HV，再經(jīng)過熱處理后硬度可達(dá)HV1150耀佣，明顯高于M2高速鋼基體[15]屉馋。

　　4）激光表面熔覆；

　　激光表面熔覆采用激光束在選定的模具表面熔覆一層特殊性能的材料钳雄，以達(dá)到模具表面具有耐磨伶段、耐熱、耐腐蝕等特殊性能匀枪。激光表面熔覆與火焰噴焊汞坚、等離子噴焊相比具有以下優(yōu)點：①熔覆層稀釋率低，且可以精確控制凿栅；②激光束的能量密度高梦立，作用時間短，對模具基體熱影響區(qū)及熱變形均可降低到最小程度涝露；③熔覆層組織細(xì)密微觀缺陷少港遇，結(jié)合強(qiáng)度高；④熔覆層的尺寸大小和位置可以精確控制参咙；⑤激光表面熔覆對環(huán)境無污染龄广，無輻射，噪音低蕴侧，勞動條件得到較大改善择同。例如，在有送粉器的2KWCO2激光器上戈盈，對4Cr5MoV1Si基體表面熔覆一層由Ni基高溫合金和WC+W2C粒子組成的高溫耐磨合金粉末奠衔，可獲得多道搭接的大面積高溫耐磨合金。該工藝應(yīng)用于軋鋼機(jī)導(dǎo)向板效果顯著塘娶，經(jīng)生產(chǎn)檢驗，激光熔覆導(dǎo)向板的壽命較4Cr5MoV1Si鋼導(dǎo)向板提高4倍以上痊夭。另外采用激光熔覆方法還可以將失效的導(dǎo)向板重新熔覆繼續(xù)使用[16]刁岸。目前如何避免大型工件的熔覆層開裂以及如何降低激光熔覆成套設(shè)備的成本仍是該方法需要解決的關(guān)鍵問題。

　∷摇（8）物理氣相沉（PVD）虹曙。

　　物理氣相沉積技術(shù)具有處理溫度低、熱畸變小番舆、無公害露您、容易獲得超硬層飘缨、涂層均勻等特點，被應(yīng)用于精密模具表面強(qiáng)化處理烙欧，顯示出良好的應(yīng)用效果很洽。采用PVD處理獲得的TiN層可保證將塑料模的使用壽命提高3～9倍，金屬壓力加工工具壽命提高3～59倍耙侵。例如川痛，錄音機(jī)磁頭外殼拉深模采用PVD涂敷TiN處理后，可大大提高模具的使用壽命宝庵。

　《寂凇（9）化學(xué)氣相沉積（CVD）。

　　化學(xué)氣相沉積技術(shù)最初發(fā)展的原動力是微電子技術(shù)植碳，用該方法可以在模具表面涂覆厚度為10μm左右的超硬陶瓷材料听谓，如TiN、TiC雳唧、TiB2血庐、Ti（CB）等，使模具表面具有硬度高蛮放、摩擦系數(shù)小缩抡、抗粘接性能好、耐磨性包颁、耐蝕性以及耐氧化性好等優(yōu)點瞻想。CVD處理的模具形狀不受任何限制。CVD可以在含碳量大于 0.8%的工具鋼娩嚼、滲碳鋼蘑险、高速鋼、軸承鋼岳悟、鑄鐵以及硬質(zhì)合金等表面上進(jìn)行佃迄。氣相沉積TiC、TiN能應(yīng)用于擠壓模贵少、落料模和彎曲模呵俏，也適用于粉末成型模和塑料模等。在金屬模具上涂覆TiC滔灶、TiN覆層的工藝普碎，其覆層硬度高達(dá)3000HV，且耐磨性好拿翠、抗摩擦性能提高陡顶、沖模的使用壽命可提高2～12倍。

　≡屎稀（10）離子注入段鲜。

　　離子注入是將所需要注入的原子（通常有Ni缅煎、Ti、 Ta潦寂、Cd督注、B、N等）在加速器的離子源中電力為離子勉窟，然后通過離子加速器的高壓電場將其加速成具有幾萬到幾十萬電子伏的高能離子束流皱埋，再經(jīng)磁分析器提純后，離子束流強(qiáng)行注入固體表面糊批，獲得所期望的具有特殊物理拧移、化學(xué)或力學(xué)性能的工件表面。

　　從原理上講叛赚，各種工模具材料均可通過離子注入進(jìn)行表面強(qiáng)化澡绩，改善抗磨損特性并使改性層韌化“掣剑考慮到改性效果和最大經(jīng)濟(jì)效益肥卡，常用合金元素含量較高的中高合金材料。目前研究和應(yīng)用較多的材料為 W18Cr4V事镣、W6Mo5Cr4V2步鉴、W9Mo3Cr4V、Cr12MoV璃哟、H13等氛琢。

　　結(jié)束語

　　探討表面強(qiáng)化技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用具有重要的實際意義。通過表面處理随闪，可以改變模具表層的成份和組織阳似，可使模具具有內(nèi)部韌、表面硬铐伴、耐磨撮奏、耐熱、耐蝕当宴、抗疲勞珠校、抗粘結(jié)的優(yōu)異性能，可幾倍乃至幾十倍地提高模具使用壽命栓授。相對于模具制造的總費(fèi)用來說缆兆，表面強(qiáng)化工藝成本較低，而模具壽命可提高幾倍甚至幾十倍勤友，具有事半功倍之效。模具表面強(qiáng)化處理的方法很多绝话，結(jié)合各種模具的工作條件及其使用的經(jīng)濟(jì)性等因素綜合考慮李联，正確運(yùn)用表面強(qiáng)化技術(shù)是提高模具壽命的一個行之有效的重要途徑页本。盡管表面技術(shù)特別是新型表面強(qiáng)化技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用還相對較少，但隨表面工程技術(shù)的發(fā)展睬够，表面強(qiáng)化技術(shù)在模具制造領(lǐng)域?qū)玫綐O其廣闊的應(yīng)用壮才，必將使模具的選材和制造技術(shù)產(chǎn)生巨大的變化。

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