模具表面化学热处理的实际应用案例

1.T10A钢凹模的氧氮碳共渗-淬火复合处理

（1）工艺流程图6-19a所示为T10A钢制作的凹模，经锻造和球化退火→粗加工→调质→成形加工→氧氮碳共渗→淬火和回火。

图6-19 T10A钢制凹模及其氧氮碳共渗后的淬火、回火工艺曲线

a）模具结构图 b）淬火和回火工艺曲线

（2）氧氮碳共渗 采用表面发蓝处理+氮碳共渗复合工艺。

1）发蓝处理。模具成形加工后，经清洗脱脂，在140℃的发蓝液（NaOH650g/L+NaNO₂250g/L+H₂O）中煮沸25～30min。清洗后装箱并用固体氮碳渗剂掩埋并加盖密封（类似固体渗碳装箱法）。

2）固体氮碳渗剂的配方（质量分数）。30%尿素+70%活性炭，另加1%氯化铵。

3）在箱式炉中，加热温度为560～570℃，保温3h出炉随箱冷却。

（3）淬火和回火 共渗后的模具清理后，在盐浴炉中按图6-19b所示工艺曲线淬火和回火。

（4）处理结果 模具刃口5mm处硬度为930～980HV0.1；其他表面硬度为56～58HRC；型腔变形0.02～0.05mm。

2.T12A钢制凹模的氧氮共渗-淬火复合处理

（1）锻造余热调质处理 T12A钢制凹模锻造最后一火使终锻温度止于约850℃，立即直接淬油，待在油中冷却到100～150℃时出油空冷；擦去表面附油，立即进行580℃保温2h的高温回火。调质后精加工成形。

（2）氧氮共渗 经清洗等准备工作完成后，在560～570℃的渗氮炉中加热，并保持3h。其间，以质量分数为25%～28%的氨水，按120～150滴/min的速度滴入炉中。共渗结束后出炉空冷。

（3）淬火和回火 在600℃预热透烧后，在820～830℃加热透烧，出炉后空冷20～25s，立即在140～200℃热碱浴中停留1min后转入220℃硝盐浴中等温30min空冷。最后在280℃加热回火，保持1.5h后空冷。

（4）处理结果 模具刃口硬度为950～1000HV，表层硬度为57～60HRC，基体硬度为50～55HRC；型腔变形≤0.03mm。原来按常规热处理的凹模，冲压铝合金片的寿命不足万件；按该复合处理工艺的凹模，使用寿命达到5万～6万件，且刃磨后还可继续使用。

3.3Cr2W8V钢制铝合金压铸模氧氮共渗

3Cr2W8V钢制电风扇支架铝合金压铸模，工作时反复承受400～700℃的温度变化和压力、粘着和氧化作用。因此，要求模具有较高硬度、耐磨性、耐蚀性、抗冷热疲劳性和较高的热硬性。经常规淬火、回火后的3Cr2W8V钢制铝合金压铸模的寿命较低，一般仅能生产6000件左右，而且工件表面质量也较差。模具失效形式为粘着磨损、氧化、表面塌陷和热疲劳裂纹。对3Cr2W8V钢制铝合金压铸模进行如下氧氮共渗，有效地提高了使用寿命。

（1）氧氮共渗工艺 模具正常淬火和回火后进行氧氮共渗，即模具经彻底清洗并烘干后在井式渗氮炉中560℃装炉。密封炉盖后滴氨水或尿素水溶液排气30min后炉温升到560℃，炉内始终保持490～1470Pa的压力，保温2h后出炉油冷。(www.xing528.com)

（2）处理效果 模具表面硬度为1060HV，化合物层厚度为12.3μm，扩散层厚度为200μm。模具使用寿命提高到8万次以上，且易脱模、铸件表面光洁。

4.W6Mo5Cr4V2钢制凹模简易固体硫氮碳共渗

（1）工艺流程 图6-20a所示W6Mo5Cr4V2高速钢制作的凹模，经锻造和球化退火→粗加工→去应力退火→精加工成形→高温淬火和回火→钳修→硫氮碳共渗。

（2）淬火和回火 图6-20a所示凹模按图6-20b所示工艺进行淬火和560℃、保温1.5h后空冷回火两次，硬度为60～62HRC。

图6-20 W6Mo5Cr4V2钢制凹模及其淬火工艺

a）凹模结构图 b）淬火工艺曲线

（3）硫氮碳共渗 采用简易法固体硫氮碳共渗。

1）共渗剂配方及制备。按（质量分数）硫脲80%+木炭20%，另加碳酸钠0.4%的比例进行混合并研制成粉末。将配制好的粉末渗剂均匀地撒在涂有水玻璃的纸上，厚度为1～2mm并轻轻压实后，将其有共渗剂的一面覆盖在欲处理的部位。为防止氧化应在其上面刷一层加有（质量分数）10%木炭粉的水玻璃。然后进行装箱（类似固体渗碳装箱法）入炉加热。

2）共渗工艺及操作。共渗箱低温装炉，随炉升温到540℃，保温3.5h后出炉空冷到室温开箱。清理表面残留物后浸油包装。

（4）处理效果 靠近刃口5mm处硬度为950～1000HV0.1；其他表面硬度62～63HRC。

5.3Cr2W8V钢制铝合金挤压平模硫碳氮共渗

（1）共渗工艺 3Cr2W8V钢制铝合金挤压平模硫碳氮共渗采用膏剂共渗法。其渗剂（质量比）为尿素:渗碳剂（市供）:硫脲=4:2:1。用水玻璃加适量耐火土粉混合成糊状做粘结剂。

将模具内腔清洗干净后，将模具放平向内腔填充渗剂（数量按5g/10cm²左右），将2～3个平模叠在一起，并夹在两片钢板之间，上面用旧模具压紧。所有结合部位均匀涂上粘结剂，使内腔成为一个封闭系统。在移动过程中防止松动。

将平模平稳移入炉中，在100～120℃温度下烘干水分后，快速升温到570℃，保温4h后炉冷到200℃后出炉空冷。

模具出炉后，用砂纸轻轻擦去表面沉积物和粘结剂。

（2）处理效果 模具经上述硫碳氮共渗后，其使用寿命提高一倍以上。