表面強(qiáng)化處理模具模膛提高模具壽命的作用不但顯著，而且成本低，是事半功倍的理想工藝方法。幾乎所有的模具模膛都可以采用表面處理工藝改變其表面的組織結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和表面層的形態(tài)，在不犧牲模體韌性的條件下，大幅度提高模膛表面硬度（耐磨性）和抗腐蝕性等使用性能。這些表面特性是模具模膛特別希望具有而模具鋼又不能或很難提供的；而這些特性恰恰可以采取不同的表面處理工藝獲得。表面處理工藝方法很多，用于模具模膛表面強(qiáng)化具有明顯效果和潛力的工藝方法主要有表面形變強(qiáng)化、表面相變強(qiáng)化、表面擴(kuò)滲強(qiáng)化和離子注入強(qiáng)化等表面改性技術(shù)；物理氣相沉積和化學(xué)氣相沉積等薄膜技術(shù)；電化學(xué)沉積（電鍍）和熱噴涂等涂鍍層技術(shù)。根據(jù)模具基體材料、用途和工作環(huán)境的不同，可以選用不同的表面處理技術(shù)滿足強(qiáng)化模膛的要求。這些表面強(qiáng)化技術(shù)都是性價比極高的模具模膛強(qiáng)化技術(shù)，其中有些技術(shù)已日趨成熟，正在模具行業(yè)中推廣應(yīng)用，已成為模具制造技術(shù)的重要發(fā)展趨勢。
1．表面形變強(qiáng)化在模具模膛強(qiáng)化中的應(yīng)用
表面形變強(qiáng)化在模具模膛強(qiáng)化中的應(yīng)用主要有噴丸強(qiáng)化、擠壓強(qiáng)化和輥壓強(qiáng)化等。表面形變強(qiáng)化技術(shù)是基于采取噴丸、擠壓和輥壓等方法使模膛表面多次發(fā)生微小變形，疊加起來造成模膛表面塑性變形（冷作硬化），改善模膛表面的完整性（改善表面粗糙度、改變表層組織結(jié)構(gòu)、提高表層密度），并形成壓應(yīng)力狀態(tài)，從而提高模膛表面的疲勞性能、應(yīng)力腐蝕性能和耐磨性能等，提高了模具壽命。表面形變強(qiáng)化對冷作模具模膛的強(qiáng)化效果最為明顯。
擠壓和輥壓分別用于擠壓模（內(nèi)）模膛和凸模的強(qiáng)化，而噴丸則可用于任何形狀的模具模膛。例如，汽車和拖拉機(jī)活塞銷是需求量非常大的零件，通常采用冷擠壓工藝生產(chǎn)，而冷擠壓凸模壽命較低（多在凸模工作部分向夾持部分過渡的內(nèi)圓角處斷裂），影響生產(chǎn)率，對相同模具鋼（W6Mo5Cr4V2）、熱處理（淬火、回火）和加工（磨削）工藝的凸模，進(jìn)行輥壓圓角和不錕壓圓角的對比試驗，結(jié)果表明，輥壓圓角的凸模壽命為未擠壓圓角凸模的4倍～6倍。
模具的噴丸過程是彈丸（如鋼丸、玻璃丸和陶瓷丸等）流不斷撞擊模膛表面層并使表面層在0.1mm～0.7mm內(nèi)不斷積累塑性變形的過程。噴丸能使淬硬鋼表層的殘余奧氏體發(fā)生r→a相轉(zhuǎn)變，并引入殘余壓應(yīng)力，從而提高表層的硬度、疲勞強(qiáng)度的耐磨性。例如，熱精壓活扳手鍛件的3Cr2W8V鋼模具經(jīng)噴丸處理后，其壽命比未經(jīng)噴丸處理模具的壽命提高了50%。
2．表面相變強(qiáng)化在模具模膛強(qiáng)化中的作用
采用高頻感應(yīng)、激光和電子束快速加熱，可以提高模具模膛表面材料的相變點Ac1和Ac3，從而提高了冷卻速度和淬火硬度，這樣既保留了模體內(nèi)部原有的力學(xué)性能和良好的韌性，又使模膛表面獲得了極高的硬度和耐磨性，從而提高了模具壽命。
例如，Cr12硅鋼片沖模激光淬火后，其壽命比未經(jīng)激光淬火模具的壽命提高了33%～60%。
3．表面擴(kuò)滲處理在模具模膛強(qiáng)化中的應(yīng)用
將金屬或非金屬沉積在模具模膛的表面上，通過擴(kuò)散作用滲入到模膛表層，改變表面層（滲層）的化學(xué)組成和相結(jié)構(gòu)，從而提高模具模膛表面的硬度和耐磨性，這一過程稱為表面擴(kuò)散滲入或化學(xué)熱處理。表面擴(kuò)散滲入的特點是：
（1）表面滲層與模體金屬的化學(xué)成分呈連續(xù)變化，結(jié)合良好；
（2）擴(kuò)滲工藝過程不影響模體材料的結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能；
（3）表面滲層與模體金屬的結(jié)合實際上是一種復(fù)合材料，既發(fā)揮了模體材料的高韌性，又獲得了表面滲層的高硬度和耐磨性，得到更好的綜合性能。
用于模具模膛的表面擴(kuò)滲處理主要有滲碳、滲氮和滲硼等非金屬材料；滲釩、鉻和鈦等金屬元素；復(fù)合滲硼和硫技術(shù)等；此外，還有液體碳氮共滲（軟氮化）等共滲工藝。
液體碳氮共滲（軟氮化）工藝具有處理溫度低、共滲時間短和適用鋼種廣泛等優(yōu)點，可顯著提高模具表面的疲勞強(qiáng)度和耐磨性，從而提高模具壽命。
4．離子注入在模具模膛強(qiáng)化中的應(yīng)用
模具模膛的離子注入是將所需要摻雜（添加）的元素電離成離子，經(jīng)電場加速使離子獲得很高的速度，而后打入模具模膛，使合金元素?fù)诫s于模膛表層，從而提高模膛表面的耐磨性和抗腐蝕性等性能。
1）離子注入模膛表面的特點
（1）注入的元素可以任意選取，也不受溫度和固溶度的限制；
（2）可以精確控制注入元素的數(shù)量和深度；
（3）注入元素的純度高，均勻性好；
（4）直接離子注入不改變工件尺寸。
2）離子注入在模具模膛中的應(yīng)用實例
（1）在WC-6%Co硬質(zhì)合金制造的反向擠壓模中離子注入N，比未注入離子N的模具壽命延長3倍；
（2）在WC-6%Co硬質(zhì)合金制造的硅鋼片沖裁模沖頭中離子注入N，比未注入離子N的模具壽命長6倍。
5．薄膜技術(shù)
薄膜技術(shù)的種類很多，工藝方法主要有化學(xué)氣相沉積（CVD）和物理氣相沉積（PVD），過去主要用于制備功能材料，近來引入模具制造業(yè)，以提高模具壽命。
1）化學(xué)氣相沉積工藝
化學(xué)氣相沉積（CVD）工藝是通過高溫氣相反應(yīng)使被沉積元素蒸發(fā)，并在模具模膛表面沉積一層薄膜的方法。CVD工藝方法可以制備任何金屬和非金屬的薄膜，但缺點是要在800℃～1200℃的高溫下進(jìn)行反應(yīng)沉積。新開發(fā)的等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）和等離子輔助化學(xué)氣相沉積（PACVD）可以使反應(yīng)沉積溫度降低至400℃～800℃，但這個溫度對于處理模具模膛表面仍然是偏高，目前在強(qiáng)化模具中應(yīng)用較少。
2）物理氣相沉積工藝
物理氣相沉積（PVC）工藝包括蒸鍍、離子鍍和濺射三類，每一類又包括若干種工藝方法。PVD工藝不僅可以十分方便地沉積CVD工藝所能夠沉積的各咱薄膜，而且，PVD具有比CVD更適用于模具模膛鍍（涂）膜的兩個突出特點：
（1）PVD可以在模具鋼回火溫度以下的200℃～400℃沉積薄膜，而CVD則需要在模具鋼回火溫度以上（800℃～1200℃）的高溫下沉積薄膜；
（2）PVD沉積速度高達(dá)4um/h～50um/h，而CVD的沉積速度只有1um/h～2um/h。
PVD沉積薄膜在模具模膛中的應(yīng)用潛力極大，前景廣闊。采用不同工藝條件的活性化學(xué)反應(yīng)離子鍍（ARE-PVD）可以獲得具有不同硬度和耐磨性的TiC和TiN耐磨薄膜。例如，采用ARE-PVD工藝，在150℃的低溫和從5.5×10-3Pa～3×10-3Pa的不同壓力條件下，處理30min～40min獲得TiC薄膜的硬度可以達(dá)到1050HV～1450HV；再如，采用ARE-PVD工藝，在150℃的低溫和從7.5×10-2Pa～3×10-1Pa的壓力條件下，處理30min～40min獲得TiN薄膜的硬度可以達(dá)到690HV～2800HV。這些硬度值之高，都已超出布氏硬度和洛氏硬度的測量范圍。
6．涂鍍層技術(shù)
涂鍍層技術(shù)的種類很多，用于提高模具壽命的工藝方法主要有電化學(xué)沉積（電鍍）工藝和熱噴涂工藝。
1）電化學(xué)沉積（電鍍）工藝
電化學(xué)沉積工藝是用電化學(xué)方法在金屬或非金屬工件表面沉積一層或多層金屬鍍層、合金鍍層或復(fù)合鍍層的技術(shù)。通常，具有導(dǎo)電能力的工件（模具模膛）放置在電解質(zhì)中，接陰極，在外加電流作用下，溶液中的金屬離子或Cr離子在工件（陰極）表面發(fā)生還原反應(yīng)，使金屬沉積在工件（模具模膛）表面。這一過程又叫電沉積，俗稱電鍍。電鍍作為表面強(qiáng)化技術(shù)在模具上的應(yīng)用首推鍍鉻層，它具有耐磨、減磨、耐熱、耐腐蝕和低摩系數(shù)等優(yōu)點。鍍硬鉻層既可以作為模具的耐磨層，又可以用于模具修復(fù)。由于電鍍層與模具鋼的線膨脹系數(shù)差異較大和與基體金屬結(jié)合力的限制，不能用于急冷、急熱的熱作模具，一般可用于受力較小的冷作模具。此外，電刷鍍Co-N、Co-Mo鍍層、化學(xué)鍍Ni-P鍍層、Ni-SiC、Ni-B彌散鍍層，用于模具表面都有提高模具壽命的作用。
2）熱噴涂工藝
熱噴涂是利用電弧、離子弧或火焰等將粉末狀或絲狀的金屬或非金屬材料加熱熔化或軟化使之在熱源或外加高速氣流作用下霧化，形成熔滴，并以一定速度噴射至工件表面，形成具有一定結(jié)合強(qiáng)度涂層的工藝方法。熱噴涂可以噴涂幾乎所有的固體工程材料（如金屬、硬質(zhì)合金和陶瓷等），形成耐磨、耐蝕和隔熱等具有特殊功能的涂層。
熱噴涂技術(shù)在模具中應(yīng)用具有如下特點：
（1）可以噴涂幾乎所有的固體工程材料，如金屬、硬質(zhì)合金和陶瓷等；
（2）不受模具模膛形狀和尺寸的限制；
（3）涂層厚度可以控制；
（4）噴涂的熱影響區(qū)小，模具不易變形；
（5）操作簡單，效率高；
（6）利用熱噴涂技術(shù)不僅可以提高模具壽命，還可以修復(fù)模具。
有文獻(xiàn)報道，原來采用45鋼滲碳后鍍鉻的冷拔無縫鋼管的內(nèi)模，其壽命只有20件～40件，改用火焰噴涂鎳基耐磨涂層后，可以拉拔鋼管250件。
我公司專業(yè)銷售高壽命熱鍛模具鋼,進(jìn)一步詳情請致電021-57628777,以獲得更多有關(guān)模具選材、模具熱處理工藝及相關(guān)的應(yīng)用信息。
