【正文】 方法是把工件放在鹽浴中擴(kuò)散滲硼。鹽浴成分有不同組合：在無水硼砂中加入碳化硼或硼化鐵，在9001000℃下保溫15h，；在熔融的硼砂中加入氯化鈉、碳酸鈉或碳酸鉀，在700850℃下保溫14h，；在氯化鋇及氯化鈉中性鹽浴中加入硼鐵或碳化硼，在9001000℃下保溫13h，；在以價(jià)廉的硼砂為主體的鹽浴中加入碳化硅或硅化鈣等還原劑，在9001100℃下保溫26h。鹽浴滲硼法的優(yōu)點(diǎn)是：可通過調(diào)整滲硼鹽浴的配比來控制滲硼層的組織結(jié)構(gòu)、深度和硬度；滲層與基體結(jié)合較牢，模具表面粗糙度不受影響；工藝溫度較低；滲硼速度較固體法快；設(shè)備和操作簡便。此法的缺點(diǎn)為鹽浴流動(dòng)性較差，模具表面殘鹽的清洗較困難。目前我國大多數(shù)工廠采用鹽浴滲硼法，采用硼砂加碳化硅的鹽浴較多。鋼材的化學(xué)成分對滲硼厚度有很大的影響，低碳鋼的滲硼速度最快，可通過增加鋼的碳含量或合金元素的含量，使?jié)B硼速度減慢。鋼中含有鉻、錳、釩、鎢等元素，還使?jié)B硼層富硼化合物相對量增多。此外，模具鋼滲硼時(shí)，硼化物呈針狀晶體而楔入基體材料中，與基體間保持較廣的接觸區(qū)域，使硼化物不易剝落。但隨鋼中碳含量和合金元素的增多，不僅使?jié)B硼層減薄，而且硼化物楔入程度也減弱，滲硼層與基體的接觸面因而平坦，結(jié)合力變差。一般認(rèn)為含硅的鋼不宜用來制作滲硼的模具，原因是滲硼后在滲層與基體的過渡區(qū)存在明顯的軟帶區(qū)，其硬度低至200300HV，使?jié)B層在使用中極易剝落。模具滲硼處理的缺點(diǎn)是滲層脆性高，淬火時(shí)易產(chǎn)生裂紋。因此，最好是滲硼溫度與淬火溫度相近，滲硼與淬火相結(jié)合進(jìn)行。模具滲硼工藝及使用壽命情況見表55表55 模具滲硼工藝及使用壽命情況模其名稱 材料滲硼工藝參數(shù)使用壽命 備注中間拉深凹模CrWMn9CrWMn930～950℃，3～4h7萬～10萬次未滲硼的使用壽命約幾千件冷鐓六角螺母用凹模Cr12MoV950～960℃，6h5萬～10萬次未滲硼的使用壽命3000～5000件落粒拉深凹、凸模CrWMn9CrWMn900～930℃，2～3h7萬～10萬次未滲硼的使用壽命約幾千件拉深模T8A930～950℃，3～5h1000～10000件未滲硼的使用壽命為幾十至一千多件拉深模T10A930～950℃，3～5h5000件后仍可使用未滲硼的使用壽命僅約幾百件冷鐓模T8A930～950 ℃3～5 h10萬件后仍可使用未滲硼的使用壽命3000～4000千件；未滲硼的Cr12鋼使用壽命3000～5000件 冷擠模W18Cr4V970～990℃5h4千余還未損壞原用Cr12MoV鋼未滲硼使用壽命500件左右（六）滲金屬 將模具鋼件加熱到適當(dāng)溫度，按工藝需要分別在模具鋼的表層滲入釩、鉻、鈦、鈮、鉭等，使金屬元素?cái)U(kuò)散并滲入鋼件表層的化學(xué)熱處理工藝稱為滲金屬。滲入的金屬元素與工件表層中的碳結(jié)合形成金屬碳化物的化合層，如（Cr，F(xiàn)e）7CVC、NbC、TaC等，形成的化合層為過渡層。這類滲層的硬度和耐磨性極高（硬度可達(dá)18003200HV），工藝簡便易行，不需復(fù)雜設(shè)備，已進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用階段。滲金屬工藝適用于高碳鋼，滲入元素大多數(shù)為Cr、V、W、Mo、Ta等碳化物形成元素。為了獲得碳化物層，%。滲金屬的方法可分為直接擴(kuò)散法與覆層擴(kuò)散法兩大類。直接擴(kuò)散法與其他化學(xué)熱處理方法一樣，也是將模具直接放置于固體、液體或氣體的滲金屬介質(zhì)中進(jìn)行加熱擴(kuò)散，并形成滲層。覆層擴(kuò)散法是將欲滲的金屬用電鍍或噴鍍（噴涂）、熱浸鍍等方法覆蓋在金屬基體的表面，然后加熱擴(kuò)散形成滲層。模具表面的滲金屬通常有滲鉻、滲釩等。1. 滲鉻 將鉻滲人工件表面的化學(xué)熱處理工藝稱為滲鉻，其目的是提高工件的耐磨性、耐蝕性和抗氧化性。例如9CrWMn鋼制鐵殼拉深模（板料為08F），在沒有滲鉻時(shí)只能拉深幾百次或1000次就產(chǎn)生拉毛磨損現(xiàn)象，后經(jīng)滲鉻處理，其使用壽命延長到10萬次；某廠對高碳鋼制造的壓彎模、拉深模進(jìn)行固體包裝滲鉻，其使用壽命超過原來得3倍以上。與電鍍鉻相比，滲鉻層更致密、均勻，并且與基體的結(jié)合比較牢固，同時(shí)滲鉻層的耐蝕性、抗氧化性也比鍍鉻層好。滲鉻方法有固體滲鉻法、鹽浴滲鉻法和氣體滲鉻法等。在模具生產(chǎn)中應(yīng)用較多的是固體滲鉻法中的粉末滲鉻法和真空滲鉻法。1） 粉末滲鉻法與固體滲碳相似，把工件埋放在裝有滲鉻劑的鐵箱中，經(jīng)嚴(yán)格密封后，加熱到滲鉻溫度保溫，使活性鉻原子滲入工件表面。常用的滲鉻劑一般包括鉻粉或鉻鐵粉、氧化鋁以及氯化銨等組成。鉻粉或鉻鐵粉是基體組成物，依靠它產(chǎn)生活性鉻原子；氧化鋁的加入起稀釋、填充剩余空間和減少滲鉻劑黏結(jié)等作用；氯化銨是一種催滲劑，它能促進(jìn)滲鉻反應(yīng)的進(jìn)行，在升溫時(shí)又起排氣作用。鉻原子在鐵中的擴(kuò)散速度比碳的擴(kuò)散速度要慢得多，因此滲鉻需要更高的溫度和更長得保溫時(shí)間。固體滲鉻通常采用10501100℃加熱，保溫612h。2） 真空滲鉻法將滲鉻的零件埋入裝有滲鉻劑（滲鉻劑與粉末滲鉻法相同）的滲碳罐中，再將滲碳罐吊入真空爐內(nèi)，邊抽真空邊加熱升溫。為防止鉻粉在加熱時(shí)氧化。真空滲鉻的滲層質(zhì)量高，時(shí)間短，滲鉻劑消耗少，因而獲得廣泛應(yīng)用。圖519為真空滲鉻加熱設(shè)備示意圖，主要由加熱爐、過濾器、真空泵等組成，過濾器可以防止?fàn)t內(nèi)鉻粉抽人真空泵。模具在滲鉻過程中，由于在高溫下長時(shí)間加熱，引起基體組織中晶粒劇烈長大，使基體的力學(xué)性能降低，特別是高碳模具，其滲鉻層很薄，要求強(qiáng)度較高的基體來支持，否則在使用中受力會(huì)使基體發(fā)生塑性變形，導(dǎo)致滲鉻層脆性剝落。因此，滲鉻后還需要對模具進(jìn)行熱處理，其熱處理工藝仍按照基體材料的鋼號及要求進(jìn)行，不必考慮滲鉻層的組織，因?yàn)闈B鉻層的組織、硬度和耐磨性基本上不受熱處理的影響。滲鉻對在熱態(tài)工作或承受強(qiáng)烈磨損的模具有顯著效果，適用于錘鍛模、壓鑄模、塑料模、拉深模等。2. 滲釩滲釩的目的是為了提高工件表面的耐磨性和耐蝕性。其方法是將工件置于能產(chǎn)生活性釩原子的介質(zhì)中，加熱到一定溫度并保溫，使釩滲入工件表面，并與碳形成碳化物。滲釩的方法有固體粉末滲釩和硼砂鹽浴滲釩，目前生產(chǎn)中應(yīng)用較多的是用硼砂鹽浴滲釩。滲釩層在眾多硬化層中具有最高的顯著硬度，從而使?jié)B釩層具有非常好的耐磨性。例如：Cr12鋼制作的螺母冷鐓模經(jīng)滲釩后使用壽命提高6倍；GCr15鋼制作的冷擠軸承環(huán)凹模，滲釩后壽命提高8倍。據(jù)報(bào)道，硼砂鹽浴滲釩所獲滲層不僅耐磨性好，而且具有較低的摩擦系數(shù)和優(yōu)異的抗粘著性能，因此多用于熱擠壓模。3. TD法滲釩、滲鈮和滲鉻以硼砂為基的鹽浴滲釩、滲鈮、滲鉻并形成碳化物的方法又稱反應(yīng)浸鍍法（TD法）。TD法是在熔融的硼砂中加入欲滲的元素或合金的粉粒，然后將零件浸入其中，靠欲滲元素原子向模具零件表面擴(kuò)散，并與零件基體的碳原子形成金屬碳化物覆層，采改善零件表層性能的工藝方法。實(shí)踐中應(yīng)用最廣的是用在模具表面獲得VC、NbC、Cr7C3等碳化物型滲層。圖520是TD法處理用鹽浴爐示意圖。圖520 TD法處理用鹽浴爐示意圖（a） 直接加熱爐； （b）間接加熱爐1電熱元件；2TD用鹽浴；3加熱用鹽?。?金屬坩堝；5加熱用電極其主要工藝過程是：將脫水硼砂Na2B4O7(占熔鹽總質(zhì)量分?jǐn)?shù)的70%90%)放入耐熱鋼坩堝中熔融，加入含有欲滲金屬的鐵合金或其氧化物，再將具有一定碳含量的鋼制模具浸入鹽浴，在8001200℃下保溫110h(時(shí)間長短取決于處理溫度和涂層厚度)，即可得到由滲入金屬的碳化物構(gòu)成的表面層。形成碳化物所需要的碳由被滲鋼基體中的碳供給，碳原子不斷向外擴(kuò)散，使碳化物層不斷加厚。實(shí)用的碳化物層厚度在515μm范圍內(nèi)，厚度過大將導(dǎo)致表面碳含量不足，而形成低碳化合物。這些金屬的碳化物具有極高的硬度（如VC的硬度約為3000HV，NbC的硬度約為2500HV，在800℃下也能保持硬度在800HV以上），并且它們的摩擦系數(shù)較小，因而其耐磨性明顯高于滲氮、滲硼、鍍鉻及電火花硬化等其他表面處理技術(shù)。碳化物層的熱穩(wěn)定性高，抗熱粘著和抗咬合性能優(yōu)良，還具有良好的耐蝕性，能抵抗Al、Zn合金液的侵蝕，鉻的碳化物還有優(yōu)越的抗氧化性。經(jīng)熔鹽浸鍍法處理所得到的碳化物層并不降低鋼的韌性，且抗剝落性良好。與其他在表面形成高硬層的工藝相比，TD法設(shè)備簡單，操作方便，生產(chǎn)能力高，成本低，而且還具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1） 無論模具形狀如何復(fù)雜，都能形成均勻的碳化物被覆層；（2） 處理后的表面粗糙度與處理前大致相同；（3） 熔鹽的使用壽命長；（4） 碳化物層磨損后可重新處理，不需要清除殘留的碳化物，不影響與基體的結(jié)合力；（5） 母材鋼種較廣，且可通過淬火使基體強(qiáng)化。TD法處理工藝可用于要求高耐磨的各種冷作模具和熱作模具。例如，某凸凹模沖裁加工軸用擋圈，被加工材料為65Mn鋼板，原用Cr12鋼制造的模具易于斷裂失效，平均壽命為1000件。后改用強(qiáng)韌性高的65Nb鋼制造，為提高其耐磨性采用了熔鹽滲釩，結(jié)果消除了斷裂失效現(xiàn)象，模具工件壽命達(dá)8000件。采用TD法獲得碳化物涂層的工藝也有一定的局限性，在應(yīng)用于模具的表面硬化時(shí)，要注意以下幾點(diǎn)：（1）處理溫度高，滲層會(huì)引起尺寸漲大，對高精度模具應(yīng)采取措施，預(yù)防變形。（2）處理前模具必須加工到要求的表面粗糙度，以保證處理后的表面質(zhì)量。（3）當(dāng)截荷過大，引起模具產(chǎn)生塑性變形時(shí)，會(huì)引起碳化物層產(chǎn)生裂紋。（4）薄刃模具在薄刃處供碳不足，難以形成厚的碳化物層。（5）對基體材料的含碳量應(yīng)合理選擇，在不影響鋼的韌性或其他性能的條件下，應(yīng)保證能提供足夠的碳，以形成碳化物。（6）模具在500℃以上氧化性氣氛中長期使用，會(huì)使VC、NbC等碳化物層氧化，影響其性能。26 / 26