并進行短時滲氮處理，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間不宜過長，滲氮層深度不宜過深，表面不應出現化合物層，否則會引起崩刃或剝落。低合金鋼制造的冷作模具不宜進行滲氮處理，因低合金工具鋼的回火穩定性差，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，擴散層的最高硬度也達到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，并能提高抗粘模的能力。由于化合物層的熱導率很低，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，滲氮化合物層還起到提高抗液體金屬沖刷和抗粘模的能力。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。應根據使用和失效的方式，通過試驗加以確定。
熱作模具鋼所含的合金元素使滲氮的擴散層具有很高的硬度和熱強度，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率低，所以滲氮層過厚，則容易產生熱疲勞裂紋。因此應根據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。滲氮時間則根據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雜，工作時所承受的應力和沖擊載荷則很低。則中、低碳鋼或合金鋼制造的模具經過短時滲氮處理之后，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℃，對熱處理畸變要求很嚴格的模具，可適當降低滲氮溫度。滲氮時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，表面易出現疏松。對于短時滲氮后直接使用的模具，化合物層宜控制在8～12μm范圍。短時滲氮后經過拋光再使用的模具，化合物層可適當厚一些，但不宜超過20μm。拋光時將表面疏松層拋掉，保留＜12μm的致密化合物。
短時滲氮提高了模具的表面耐磨性，在基體材料選擇時就可以著重考慮模具的加工性和經濟性。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過球化退火的低碳鋼或純鐵制造，然后進行短時滲氮。
在歷史上氣體氮碳共滲和各種鹽浴滲氮曾大量應用于模具熱處理，但是這兩種方法都會產生氰根，污染環境。隨后的研究表明，短時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繼續應用，可將其提高模具性能的經驗移植于無毒的短時滲氮。
滲碳
我國學者戚正風教授開創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共晶反應的產物，所以不會成為萊氏體組織。在滲碳溫度下高合金奧氏體中合金元素原子還不可能進行長距離擴散，只可能在比較小的尺寸范圍內與碳原子就地結合成細小的顆粒狀碳化物。滲碳溫度愈低，滲碳層中的碳化物粒度愈細，在隨后的淬火加熱時也不易聚集長大。淬火之后這種高合金滲碳層組織的耐磨性和強韌性都明顯優于同樣合金元素含量的高速鋼，并在生產試驗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，以及工具制造廠現有的制造流程和生產線都無法實現無萊氏體刀具的批量生產制造，但不失為技術上合理的長遠發展方向。受無萊氏體高速鋼滲碳的啟發，李宇進行了Cr13型馬氏體不銹鋼滲碳試驗[11]，在滲層中形成密集分布的顆粒碳化物，對比試驗結果表明耐磨性比Cr12MoV高3倍，有可能應用于冷作模具。
用低合金鋼滲碳的方法制造模具比較少見。這是因為模具整體所受的應力和沖擊載荷都低于動力機械零件，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，加熱保溫時間也遠遠短于滲碳時間。相比之下，高碳鋼淬火的熱處理畸變較小，能耗低，生產效率高，是一種比較合理的技術路線。只有在一些特殊的情況下，例如承受較大沖擊載荷的細長的沖頭，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路線。
超硬涂層在工具中的應用
如前所述，單純依賴于改變整體化學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、化學氣相沉積、離子注入或化學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，大幅度提高工具的壽命。
早在20世紀60年代末和70年代初，TiC、TiN、TiC-TiN涂層硬質合金刀片相繼面市，70年代和80年代出現性能更好的第二代TiC-Al2O和第三代TiC-Al2O-TiC等多種復合涂層硬質合金刀片，此后氣相沉積技術發展迅速。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合涂層，可涂覆在高速鋼、模具鋼、硬質合金、鋼結硬質合金的基體材料上，使刀具、模具壽命提高幾倍至幾十倍[12]，目前已經在大規模生產上廣泛使用，并已成為刀具制造業中的主流。涂層的種類很多，當前納米涂層和復合涂層的展也很快。
進一步詳情請致電021-57628777,以獲得更多有關模具選材、模具熱處理工藝及相關的應用信息。
