并進(jìn)行短時(shí)滲氮處理，是大幅度提高其壽命的有效措施。高碳高鉻工具鋼制造的冷作模具也可以通過滲氮提高表面耐磨性，但滲氮溫度應(yīng)降至500℃，以減小基體硬度下降的幅度。
高速鋼、基體鋼、高碳高鉻工具鋼等高合金工具鋼滲氮時(shí)間不宜過長(zhǎng)，滲氮層深度不宜過深，表面不應(yīng)出現(xiàn)化合物層，否則會(huì)引起崩刃或剝落。低合金鋼制造的冷作模具不宜進(jìn)行滲氮處理，因低合金工具鋼的回火穩(wěn)定性差，在滲氮溫度下硬度已降至40HRC以下。
（3）熱作模具滲氮
熱作模具鋼含有Cr、Mo、W、V等形成氮化物元素，滲氮后表面化合物層的硬度高于1000HV，擴(kuò)散層的最高硬度也達(dá)到800HV以上。熱作模具鋼承受的沖擊載荷低于冷作模具，因此熱作模具滲氮后一般允許帶著化合物層投入使用。化合物層有很高的耐磨性和低的摩擦系數(shù)，并能提高抗粘模的能力。由于化合物層的熱導(dǎo)率很低，減少了工件向模具傳播的熱量，降低了模面的溫度和溫度變化的幅度。化合物層的這些特性有利于提高熱作模具的使用壽命。用于壓鑄模時(shí)，滲氮化合物層還起到提高抗液體金屬?zèng)_刷和抗粘模的能力。但是熱作模具鋼滲氮后化合物層很脆，所以厚度一般控制在3～6μm左右；承受沖擊載荷較大的模具，宜控制在1～3μm；承受沖擊載荷較低的模具，化合物層可在6～9μm或8～12μm范圍選擇。應(yīng)根據(jù)使用和失效的方式，通過試驗(yàn)加以確定。
熱作模具鋼所含的合金元素使?jié)B氮的擴(kuò)散層具有很高的硬度和熱強(qiáng)度，明顯提高了熱擠壓模和熱鍛模抗壓塌的能力。滲氮層的總深度愈深，抗壓塌的能力愈高。但是由于滲氮層熱導(dǎo)率低，所以滲氮層過厚，則容易產(chǎn)生熱疲勞裂紋。因此應(yīng)根據(jù)具體模具的失效方式確定滲氮層深度。熱作模具鋼的滲氮溫度應(yīng)不高于回火溫度，例如3Cr2W8的滲氮溫度為560℃，H13鋼在500～540℃之間選擇。滲氮時(shí)間則根據(jù)所要求的滲氮層深度而定。
（4）塑料模、橡膠模、膠木模的滲氮
這類模具一般形狀比較復(fù)雜，工作時(shí)所承受的應(yīng)力和沖擊載荷則很低。則中、低碳鋼或合金鋼制造的模具經(jīng)過短時(shí)滲氮處理之后，表面形成致密的化合物層，其耐磨性和抗擦傷能力足以滿足使用要求。而且化合物層有較高的耐腐蝕性，有利于提高塑料模的使用壽命。滲氮溫度一般為560～570℃，對(duì)熱處理畸變要求很嚴(yán)格的模具，可適當(dāng)降低滲氮溫度。滲氮時(shí)間決定于所要求的化合物層深度，大致在2～5h之間選擇。化合物層＞12μm，表面易出現(xiàn)疏松。對(duì)于短時(shí)滲氮后直接使用的模具，化合物層宜控制在8～12μm范圍。短時(shí)滲氮后經(jīng)過拋光再使用的模具，化合物層可適當(dāng)厚一些，但不宜超過20μm。拋光時(shí)將表面疏松層拋掉，保留＜12μm的致密化合物。
短時(shí)滲氮提高了模具的表面耐磨性，在基體材料選擇時(shí)就可以著重考慮模具的加工性和經(jīng)濟(jì)性。例如中碳鋼正火處理或低碳合金鋼退火處理適合于切削加工。用冷擠壓模腔的方法制造模具則可采用經(jīng)過球化退火的低碳鋼或純鐵制造，然后進(jìn)行短時(shí)滲氮。
在歷史上氣體氮碳共滲和各種鹽浴滲氮曾大量應(yīng)用于模具熱處理，但是這兩種方法都會(huì)產(chǎn)生氰根，污染環(huán)境。隨后的研究表明，短時(shí)滲氮的效果不亞于鹽浴滲氮和氣體氮碳共滲。因此，鹽浴滲氮和氣體氮碳共滲不應(yīng)繼續(xù)應(yīng)用，可將其提高模具性能的經(jīng)驗(yàn)移植于無毒的短時(shí)滲氮。
滲碳
我國學(xué)者戚正風(fēng)教授開創(chuàng)了無萊氏體制高速鋼及其滲碳的研究[9，10]，無萊氏體高速鋼的合金元素含量與高速鋼相同，含碳量則降低到不出現(xiàn)萊氏體的范圍，用滲碳的方法將表面含碳量提高到甚至超過普通高速鋼的水平，形成在奧氏體基體上分布大量碳化物的滲碳層。滲層中的碳化物并不是在鋼液凝固時(shí)共晶反應(yīng)的產(chǎn)物，所以不會(huì)成為萊氏體組織。在滲碳溫度下高合金奧氏體中合金元素原子還不可能進(jìn)行長(zhǎng)距離擴(kuò)散，只可能在比較小的尺寸范圍內(nèi)與碳原子就地結(jié)合成細(xì)小的顆粒狀碳化物。滲碳溫度愈低，滲碳層中的碳化物粒度愈細(xì)，在隨后的淬火加熱時(shí)也不易聚集長(zhǎng)大。淬火之后這種高合金滲碳層組織的耐磨性和強(qiáng)韌性都明顯優(yōu)于同樣合金元素含量的高速鋼，并在生產(chǎn)試驗(yàn)中取得明顯提高刀具性能的效果。目前，無萊氏體高速鋼還未能推廣的主要妨礙在于供硝渠道難以，以及工具制造廠現(xiàn)有的制造流程和生產(chǎn)線都無法實(shí)現(xiàn)無萊氏體刀具的批量生產(chǎn)制造，但不失為技術(shù)上合理的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展方向。受無萊氏體高速鋼滲碳的啟發(fā)，李宇進(jìn)行了Cr13型馬氏體不銹鋼滲碳試驗(yàn)[11]，在滲層中形成密集分布的顆粒碳化物，對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果表明耐磨性比Cr12MoV高3倍，有可能應(yīng)用于冷作模具。
用低合金鋼滲碳的方法制造模具比較少見。這是因?yàn)槟＞哒w所受的應(yīng)力和沖擊載荷都低于動(dòng)力機(jī)械零件，用高碳鋼和高碳低合金鋼制造的模具，整體淬火、回火之后心部性能足以滿足使用要求，而且高碳工具鋼淬火溫度低于滲碳溫度，加熱保溫時(shí)間也遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于滲碳時(shí)間。相比之下，高碳鋼淬火的熱處理畸變較小，能耗低，生產(chǎn)效率高，是一種比較合理的技術(shù)路線。只有在一些特殊的情況下，例如承受較大沖擊載荷的細(xì)長(zhǎng)的沖頭，整體用高碳鋼制造容易折斷，用低碳鋼滲碳淬火的方案才是合理的。另外，有一些消耗量大、加工又比較復(fù)雜的模具，用冷擠壓模腔的方法制造能降低模具制造成本，低碳鋼的塑性成形阻力比工具鋼低很多，在這種情況下也可以選擇低碳鋼滲碳的技術(shù)路線。
超硬涂層在工具中的應(yīng)用
如前所述，單純依賴于改變整體化學(xué)成分和整體熱處理的途徑提高工具的耐磨性是有局限的，而用物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、離子注入或化學(xué)鍍等方法在工具表面形成超硬薄膜涂層，可以大幅度提高工具的耐磨性和降低摩擦系數(shù)，大幅度提高工具的壽命。
早在20世紀(jì)60年代末和70年代初，TiC、TiN、TiC-TiN涂層硬質(zhì)合金刀片相繼面市，70年代和80年代出現(xiàn)性能更好的第二代TiC-Al2O和第三代TiC-Al2O-TiC等多種復(fù)合涂層硬質(zhì)合金刀片，此后氣相沉積技術(shù)發(fā)展迅速。涂層材料有TiN、ZrN、HfN、TaN、NbN、CrN、CBN、Si3N4、TiC、ZrC、Cr7C3、SiC、Ti（C，N）、TiC（B，N）、Ti（Al，N）、β-C3N4金鋼石等以及各種復(fù)合涂層，可涂覆在高速鋼、模具鋼、硬質(zhì)合金、鋼結(jié)硬質(zhì)合金的基體材料上，使刀具、模具壽命提高幾倍至幾十倍[12]，目前已經(jīng)在大規(guī)模生產(chǎn)上廣泛使用，并已成為刀具制造業(yè)中的主流。涂層的種類很多，當(dāng)前納米涂層和復(fù)合涂層的展也很快。
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