欢迎进入湖南省热处理行业协会官方网站!
今天是 2022年 01月 20日 星期四
湖南省热处理行业协会
Technology exchange
技术交流
热处理工艺 您的位置:主页 > 技术交流 > 热处理工艺 >
TD怎样渗金属热处理?
2020-10-22 返回列表

TD怎样渗金属热处理?

TD和热处理都会变形,当然也可以通过技术和沟通来尽量减少变形,让其无限接近或满足模具的使用要求。但科学技术发展到今天,仍不能有效做到把模具变形精确地控制到丝米(0.01mm)级。

 

众所周知,TD其实就是一个完整的金属热处理过程。

 

所谓金属热处理就是在把金属加热到一定的温度、保温一定的时间,以不同的冷却速度来使金属材料达到某种使用潜能。

 

金属热处理包含了几个基本因素:温度、时间、冷却介质、冷却速度。

 

TD最直意的理解就是对金属基体渗入耐磨金属原子,即渗金属(相对于渗碳、渗硼、渗氮只是渗非金属)。其原理是利用碳在高温下扩散。在一定的处理温度下,将有一定碳含量的金属工件置入有钒、铌、钛、铬等金属原子的硼砂熔盐中,让硼砂熔盐中的金属原子与工件中的碳原子产生化学反应,从而扩散在工件表面形成一层碳化层。这个过程就叫TD,所形成的碳化层就叫TD层。

 

TD渗金属的最佳的渗入温度在920—950℃。如果材料是Cr12MoV、SKD-11,其实这个温度已经相当于给它们的基体已经退火。这时模具实际上是处于鸡蛋壳的状态——外壳很硬(TD层的硬度达到3000HV以上),芯部很软(金属工件的基体硬度在35—52HRC)。在生产过程中,为了得到较高的基体硬度来支撑表面TD层的刚性,就必须将工件随炉升温到1010—1030℃重新淬火、回火,使金属工件的基体硬度达到58—62HRC之间。

 

所以说,TD其实就是一个完整的热处理过程。

 

这里我们一定要清楚地认识到不存在模具做完TD后,还要去单独进行一次淬火、回火处理。要么就是TD厂家想多收取一次淬火的费用,要么就是TD厂家确实在工艺上还没有开窍。

 

金属无论是升温,还是降温,都会产生相变,其宏观、微观组织也都会随着发生改变。其变形也就在所难免,一切都在情理当中。

 

这是金属材料学学科所不能,永远也无法规避的现象。当然,追求最小的变形,这是每个厂家、每一种热处理方式、每一种表面强化方式苦心孤诣的终极目标。

 

我们只要在理论上明白了,就会知道:金属在热处理工程中不变形是不可能的。

 

从金属材料学的学科特点并结合我们多年的TD生产实践证明,影响TD处理的主要因素有:

 

(一)模具的设计

模具的形状、壁厚、长径比。这是决定模具变形大小的基因。通常情况下,形状越简单、长径比越小,其变形量也就越小。

 

(二)材料:

 

1、化学成分

1)  关键元素Cr、Mo、V的含量。从热处理工艺学上看,金属Cr的含量决定了金属材料的淬透度,淬透度越高,金属基体变形越小,淬透度越低,变形也就越大。Mo、V的含量决定了可选择的冷却介质的种类,不同的冷却介质决定其不同的冷却速度,冷却速度越慢,其变形越小。如果模具材料的化学成分达不到国家或行业/企业标准,其变形量就会偏大。

2)  金属材料的C含量偏析。越均匀,偏析越小,变形越小。

 

2、材料的交货状态:棒材、板材、锻件三种状态的交货时的热处理方式不同、材质的纤维方向不同,其热处理过程中的变形也各有不同。

 

(三)TD前的热处理方式

 

组织应力和热应力的消除情况是决定TD过程中模具变形的又一大诱因。残余应力越多,变形越大。我们推荐使用高淬高回的工艺,可适当降低模具在TD处理过程中的变形。Cr12MoV、SKD-11材料使用1080—1020℃淬火,气淬或空冷,用510—520℃回火。根据模具大小每次回2—4小时,回三次。

 

(四)TD过程

1)  装夹:根据模具的形状、几何尺寸、长径比、壁厚等因素选择正确的装夹方式是控制模具变形的第一步。

2)  预热温度:合理的预热温度既能保证模具的变形也能充分保证模具在TD处理过程中不开裂。本公司去年处理的大小一万三千多模具没有发生一例因为TD原因所致的模具开裂。因此在我们看来TD过程导致模具开裂实在不该,而应该是趋近于零的小概率事件。

3)  出、入炉姿态:出、入炉的姿态控制可以减少模具在坩埚中与盐浴的阻力,阻力越小,变形越小。

4)  炉中搅拌:TD的中途搅拌频次和方法也对模具的变形也有一定的影响。

5)  冷却方式和速度:这点也是比较关键的。冷却速度越慢其变形也就越小,冷却速度与冷却介质的选择和模具的变形量有着明显的因果关系。

 

 
由于涉及到公司的核心技术机密,或者用户只关心结果,不关心过程。因此,其具体工艺控制过程不予、也不肖赘述。
 
既然我们已知模具由于在高温环境中其变形在所难免。同时,我们也可以通过一些技术和沟通来力争使模具在TD过程中变形最小。主要的方法有:
 
(一)模具的设计:从形状、尺寸、长径比、壁厚和镶块模具的分段尽可能兼顾到模具在TD过程中的变形。
 
(二)材料:国产的Cr12MoV材料要符合GB/T 1299-2000标准。其他进口材料要符合其行业或企业标准。如果是锻件,要求等温球化退火,并出具二级探伤报告。
 
(三)热处理:选择高淬高回,冷却介质最好选择气淬或空冷;
 
(四)通过工艺试验预留尺寸:少数公差要求严格的模具可以对同一炉次的模具材料进行TD 处理的工艺试验的方法,总结和试验出模具变形的规律和变形量,再根据其变形量来在上一道加工工艺中通过预留尺寸的方法来补偿模具的变形,让其能无限接近或满足其使用要求。
 
尽管人们一直都在探索,尽可能地把模具的变形控制到一个精确值。事实上,TD处理过程中,由于模具变形的诱因很多,有的工序是TD厂家完全没有参与,实际上不受控的工序。TD厂家只能充其量保证模具在TD生产中过程受控。
 
也鉴于此,模具在TD过程中的变形量事实上很难精准到丝米(0.01mm)级。我们通过多年的实验和生产实践证明,针对每一种金属材料并没有一个通用的、精确的计算公式,也未能建立起数学模型来指导我们的生产和实践,这既是金属材料学学科的特点,也是人类社会劳动的细分所致。我们在短期内,甚至在相当长的一段时期内都不敢给用户一个明确的承诺,保证模具在TD过程中变形控制的一个精确值,至少不能承诺到(0.01mm)丝米级。十年以来,我们对国产的Cr12MoV(宝钢集团特钢公司、冶钢股份、抚顺特钢、攀钢集团长城特钢产品)摸索出的平均的变形量约为≤0.05‰,如果只针对于同一炉次的材料我们通过工艺试验,可以把模具的变形控制到更低。
 
在科学的道路上从来不会一帆风顺,但人们也从未放弃努力。
 
努力一定就会有结果。
 
TIN处理
 
表面镀钛处理也称为TD处理,是TD处理的一种,可以大幅度提高表面硬度和耐磨性,也可以提高的耐热性,防止液态铝合金对模具的粘连,使用寿命提高8~30倍,最早是日本先研制出来的表面处理技术,现在在模具行业得到推广,已经应用于冷作模具、热作模具和塑料模具等,压铸模只是热作模具中的一种主要提高硬质合金模具的耐磨性。
 
细压模具经真空涂层被覆后外表可具有极低的摩擦系数,减少加工受力。钨钢模具经真空涂层被覆后外表硬度可进步5到10倍,可大幅减少外表磨耗,特别是用于高精细加工时可取得十分优良的外表质量。冷冲成形及拉伸模具经真空涂层被覆后可显著降低摩擦力,明显减少加工中产生的刮痕及磨耗。因而可增加寿命,大幅降低本钱.
 
优点1:摩擦系数降低,减小加工受力 进步外表硬度,大大延长模具寿命 避免产品拉毛、拉伤,提升产量 省去卸模、抛光再装模的懊恼,进步效率。
 
优点2:在模具的运用过程中,早期失效经常呈现。失效的因数通常是磨损、腐蚀、交融、粘着等。其问题不单是拖延消费周期,也大大增加了消费本钱,进而影响企业竞争力。为此,业界陆续推出不同的处理计划,而镀钛外表处置技术是倍受喜爱的计划,能最有效的处理上述难题。PVD涂层技术能够普遍应用于各类磨损、咬合、腐蚀、粘着、交融等而惹起失效的工具、模具、机械零件、医疗器械等。其中,因磨损惹起的失效的产品(如:冲裁、冷镦、粉末成型等)涂层后可进步寿命5-8倍以上;因咬合惹起产品或模具的拉伤问题(如:引伸模、拉伸模、翻边模等),涂层后能够从基本上予以处理。
 
优点3:细微纳米级颗粒的TICN涂层显微构造
兼备高韧性.高硬度,高抗氧化性,并能够完成无摩擦排屑的极润滑外表,从而使得工件的优秀性得以极充沛的发挥.较TIN涂层处置之外表光亮度好,摩擦系数小,硬度高,抗氧化性强.
 
优点4:模具极端零部件类,针对不同的模具(粉末冶金模,冲压模具,成型模,拉伸模具,锻压模及注塑模等)和零件所采用的涂层工艺,可显著进步外表的硬度,耐磨性,耐蚀性,耐热性及其光滑性等;并能便当脱膜,鼎力地提升模具和零件的质量(如外表粗糙度,精度等)和运用寿命,使其有效的发挥产品的潜能。
 
TD 渗金属(热)处理
TD 渗金属(热)处理是金属材料表面处理的一种,可以显著提高金属材料的表面硬度。例如TD渗钒,可以使模具钢表面硬度达到HV2800以上,显著高于普通的渗碳或渗氮处理(HV1000以下)。TD技术只能用于高碳含量的钢种,而且由于处理后的硬度实在太高了,没法进行切削或者磨制,所以适合做工件的最后工序。目前中国还没有特别成功的TD处理企业,但是在美国和日本,TD技术已经是非常成熟的了,应用很广泛。
 
概述原理
 
TD模具表面超硬化处理技术经研究不断的持续改进,目前在解决冷作模具磨损失效的应用其技术、品质、成本和响应速度等方面有很大的优势。
 
一.技术特点
 
热扩散法碳化物覆层处理[1](Thermal Diffusion Carbide CoatingProcess),简称TD覆层处理,是一种通过高温扩散作用于工件表面形成一层数微米至数十微米的金属碳化物覆层,其结构如上图所示。该覆层具有极高的硬度,HV可达3200左右,且与母体材料冶金结合。实践证明,这种覆层具有极高的耐磨,抗咬合,耐蚀等性能,可提高工件寿命数倍至数十倍,具有极高的使用价值。
 
二. 采用TD覆层处理的主要效益

 

1. 大幅度提高工模具或工件的使用寿命,节省生产成本或运行成本。

2. 大幅度改善产品外观,提高产品尺寸的均一性,提升产品质量。

3. 大幅度节省维修时间和劳动强度,并减少因维修停机所带来的损失。

4. 摩擦系数降低,抗咬合性能大幅度提高,无须润滑或减少润滑或无须采用高级润滑产品。

 

 

三. 与相关技术的比较
 
通过在工件表面形成一层高硬度的耐磨材料是提高工件耐磨,抗咬合,耐蚀等性能,从而提高其使用寿命的有效而又经济的方法,TD覆层处理技术以碳化钒覆层为例,其表面硬度可达HV3200左右,较传统的表面处理方法如渗碳HV~900;渗氮HV~1200;镀硬铬HV~1000;至渗硼HV 1200~1800等表面处理的硬度高得多,因此具有远优于这些表面处理方法的耐磨性能。
 
物理气相沉积(PVD),物理化学气相沉积(PCVD),化学气相沉积(CVD),TD覆层处理是现代的几种表面超硬化处理方法,其中PVD,PCVD工艺温度低,变形较小,所形成的氮化钛覆层HV可达2000左右,但由于这两种方法形成的氮化钛涂层与母体材料的结合力较差,实际应用中,容易出现涂层的剥落,在使用条件较为苛刻的场合,如引伸类模具;根本就无法达到满意的使用效果,甚至根本无效果.因此PVD,PCVD往往难以发挥超硬化合物覆层的性能优势。
 
高温CVD法形成的碳化钛覆层与TD覆层处理获得的表面覆层硬度接近,并且高温CVD法和TD覆层处理的覆层与基体都是冶金结合,具有PVD和PCVD无法比拟的膜基结合力,因此是目前最有效的表面超硬化方法.相比而言,CVD覆层的运行成本较高,后续处理也比较麻烦,其应用主要集中在硬质合金工件上.而TD覆层处理由于后续处理比较方便,因此既可以用于钢铁材料,也可以用于硬质合金.此外,TD覆层处理技术在无须褪去原先覆层的情况下,可以进行多次重复处理。
 
四.应用范围
 
TD覆层处理可广泛应用于由于各类磨损所引起的模具与工件或工件与工件之间的拉伤或磨损超差的问题.其中因咬合或粘结而引起的拉伤或拉毛问题,TD覆层处理是目前世界上最好的解决方法之一.因磨损而引起工件尺寸超差等问题,通过TD覆层处理后,提高使用寿命上十倍是很正常的。
 
所处理工件的材料,含碳量大于0.3%的各类钢铁材料,硬质合金等.一般推荐各类中高合金工模具钢。
 
五、TD处理的特点
 
随着社会(汽车行业)的发展,人们对各个方面都有更高的要求。为了满足这个需求,特别是针对汽车安全性能的要求越来越高,而且汽车所用的钢材强度越来越大,对模具质量的要求也不断的提高。而模具在生产过程中容易拉伤,为了解决模具的拉伤问题,我们对汽车模具表面必须进行强化处理。而强化处理有很多种,目前TD处理是最适合、实用的。
 
模具通过TD处理后,会大大提高模具表面的耐磨性和母材的韧性,在一般条件下和普通模具相比,它的使用寿命要提高8倍以上;同时会降低产品的不良率10%以上;也节约了反复修模、装模的次数,更重要的体现出从各方面的节约了生产的成本。






如果您对我们感兴趣,请登录网站
https://www.hnhta.org.cn/
 
二维码
湖南省热处理行业协会 电话:0731-55578926 传真:0731-55578926 邮箱:hnhta1688@126.com 地址:湖南省湘潭市九华国家经济示范区大众西路1号
Copyright © 2018-2020 湖南省热处理行业协会 版权所有 【社会团体法人登记证书公示】 备案号:湘ICP备19005187号  技术支持:湖南时代信息