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長，而且壓縮過程中有利于塑料流動充滿型腔，便于脫模，塑料件表面光亮。但電鍍層與鋼的結(jié)合強度有限，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。電刷鍍Co-N、Co-Mo鍍層，化學(xué)鍍Ni-P鍍層，Ni-SiC、Ni-B彌散鍍層等都在模具表面得到了應(yīng)用，提高了模具的使用壽命，多新的特點而被廣泛用于微電子和光電子工業(yè)，用于沉積多種功能膜層。目前正在耐磨、耐蝕、裝飾等領(lǐng)域開展應(yīng)用研究。

（6）電火花強化技術(shù)。

電火花表面強化技術(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）熔滲進模具的表面，起到強化模具表面的作用。模具經(jīng)過電火花強化之后，為了得到所要求的精度，可進行適當(dāng)?shù)哪ハ骷庸�，但磨削后并不會影響強化層的硬度和耐磨性（在保持表面層硬度的條件下）。磨削后在強化表面會殘留微孔，將顯著改善配合零件的潤滑條件，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，效果好，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，可強化冷沖模、壓彎模、拉深模、擠壓模、壓鑄模和某些熱沖、熱鍛模具。一般經(jīng)強化的模具，可提高使用壽命0.5～2倍^[7]。

（7）激光表面強化技術(shù)。

近幾年來，激光熱處理技術(shù)在汽車工業(yè)、工模具工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。它改善金屬材料的耐蝕性，特別是在模具工業(yè)中，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。激光表面強化技術(shù)主要包括激光淬火、激光熔凝硬化、激光合金化、激光熔覆等。

1）激光表面淬火；

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，從而可獲得超細的隱針馬氏體結(jié)構(gòu)，可顯著提高強韌性，延長模具使用壽命�，F(xiàn)用于激光淬火的模具材料有CrWMn、Cr12MoV、9CrSi、T10A、W6Mo5Cr4V2、W18Cr4V、GCr15等。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，把其硬度由HRC58～62降至HRC45～50，并用激光進行強化處理，白亮層硬度為HV849，基體硬度為HV490，硬化層深度為0.37mm，模具使用壽命提高2倍以上^[8]。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，顯著增加脆性，降低沖擊韌性，耐磨性也不能滿足要求。采用激光淬火可獲細馬氏體和彌散分布的碳化物顆粒，消除了網(wǎng)狀。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^[9]。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]。W6Mo5Cr4V及W18Cr4V高速鋼激光淬火后具有較常規(guī)淬火更高的硬度,中溫回火可以進一步提高激光硬化層的硬度，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^{[11，12]}。

2）激光表面熔凝硬化；

用高能激光照射模具表面，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，冷卻速度極快。5CrMiMo滲硼層在激光熔凝處理后，與原始滲硼層相比，強化層深度增加，強化層硬度趨于平緩，滲硼層的脆性得以改善^[13]。

3）激光表面合金化；

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，形成物理狀態(tài)、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、耐腐蝕性和高溫抗氧化性等。CrWMn經(jīng)復(fù)合粉末激光合金化，可使耐磨性大大提高，其體積磨損量為淬火CrWMn的1/10，壽命提高14倍^[14]。M2高速鋼激光表面鈷合金化后，表面層Co含量可達2%～5%，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，合金化層硬度可達700~800HV，再經(jīng)過熱處理后硬度可達HV1150，明顯高于M2高速鋼基體^[15]。

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，以達到模具表面具有耐磨、耐熱、耐腐蝕等特殊性能。激光表面熔覆與火焰噴焊、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；②激光束的能量密度高，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；③熔覆層組織細密微觀缺陷少，結(jié)合強度高；④熔覆層的尺寸大小和位置可以精確控制；⑤激光表面熔覆對環(huán)境無污染，無輻射，噪音低，勞動條件得到較大改善。例如，在有送粉器的2KWCO₂激光器上，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，可獲得多道搭接的大面積高溫耐磨合金。該工藝應(yīng)用于軋鋼機導(dǎo)向板效果顯著，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。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]。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。

（8）物理氣相沉（PVD）。

物理氣相沉積技術(shù)具有處理溫度低、熱畸變小、無公害、容易獲得超硬層、涂層均勻等特點，被應(yīng)用于精密模具表面強化處理，顯示出良好的應(yīng)用效果。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。例如，錄音機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，如表3。

表3用PVD涂敷TiN的拉深模具壽命^[17]

模   具

平均壽命/萬次

Cr12MoV鋼制模具

1~3

YG20硬質(zhì)合金模具

13

YG20硬質(zhì)合金模具經(jīng)TiN沉積

＞45

日本進口硬質(zhì)合金模具

80~100

從表3可以看出，YG20硬質(zhì)合金模具經(jīng)TiN沉積處理后，模具壽命可以提高3倍以上，但比日本進口的硬質(zhì)合金模具的壽命還有一定的差距。

（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)，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，如TiN、TiC、TiB2、Ti（CB）等，使模具表面具有硬度高、摩擦系數(shù)小、抗粘接性能好、耐磨性、耐蝕性以及耐氧化性好等優(yōu)點。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、滲碳鋼、高速鋼、軸承鋼、鑄鐵以及硬質(zhì)合金等表面上進行。氣相沉積TiC、TiN能應(yīng)用于擠壓模、落料模和彎曲模，也適用于粉末成型模和塑料模等。在金屬模具上涂覆TiC、TiN覆層的工藝，其覆層硬度高達3000HV，且耐磨性好、抗摩擦性能提高、沖模的使用壽命可提高2～12倍。模具表面CVD法涂覆后使用壽命的提高如表4所示。

表4模具采用CVD法涂覆后對使用壽命的影響

模具種類

模具材料

涂層種類

使用壽命提高倍數(shù)

切邊模

W6Mo5Cr4V2

TiC+TiN

8

彎曲模

Cr12

TiN

8

深沖模

Cr12MoV

TiC

10

沖模

Cr12MoV

TiC+TiN

8

（10）離子注入。

離子注入是將所需要注入的原子（通常有Ni、Ti、Ta、Cd、B、N等）在加速器的離子源中電力為離子，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，再經(jīng)磁分析器提純后，離子束流強行注入固體表面，獲得所期望的具有特殊物理、化學(xué)或力學(xué)性能的工件表面。

從原理上講，各種工模具材料均可通過離子注入進行表面強化，改善抗磨損特性并使改性層韌化�？紤]到改性效果和最大經(jīng)濟效益，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、W6Mo5Cr4V2、W9Mo3Cr4V、Cr12MoV、H13等。離子注入提高模具壽命的實例如表5所示^[18]。

表5 離子注入模具表面改性應(yīng)用實例

模具名稱

模具材料

注入離子

改性效果

鉚釘沖模

T10鋼

N⁺

延壽 3倍

輪胎鋼絲拉絲模

Co-WC合金

N⁺

延壽 2.4倍

鋁型材擠壓組合模

H13鋼

Ti⁺

降低擠壓力1 5%

鋁型材擠壓平模

H13鋼

Ti⁺+C⁺

降低擠壓力1 0 %

拉絲模

Co-W合金

N, C,

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