表面處理技術(shù)在提高塑料模具使用壽命中的應(yīng)用

王長來

摘 要：表面處理技術(shù)的作用不是僅限于能夠提高模具表層的耐磨性和其他相關(guān)性能，還可以使磨具的內(nèi)部能夠保持足夠的強韌性，這些優(yōu)勢對于改善模具的綜合性能以及節(jié)約合金元素、高效節(jié)約成本的同時充分發(fā)揮材料的作用、發(fā)掘它們的潛在利用價值都是十分有用的。實踐證明，表面處理技術(shù)有利于延長塑料模具的使用壽命。本文將在簡單闡述各種便面處理技術(shù)在提高模具使用壽命方面的應(yīng)用的基礎(chǔ)上，指出正確運用表面技術(shù)才是提高塑料模具使用時間的有效之徑，以期為相關(guān)工作者提供幫助。

關(guān)鍵詞：塑料模具 表面處理技術(shù) 提高 使用壽命

中圖分類號：TG162.4 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）07（a）-0006-01

根據(jù)原理的不同，表面處理技術(shù)大致可分為化學(xué)熱處理技術(shù)和表面涂覆處技術(shù)。表面加工強化處理技術(shù)。模具表面處理的方法紛繁多樣，早已從傳統(tǒng)的表面淬火，如感應(yīng)淬火、火焰淬火等、熱擴滲技術(shù)（包括滲碳、滲氮以及滲金屬等）、熱噴技術(shù)等蛻變成如今的物理氣相沉積技術(shù)（PVD）、化學(xué)相沉積技術(shù)（CVD）、離子注入技術(shù)等。激光和電子束等新能源具有將能量集中、快速加熱、自激冷卻等特質(zhì)，另一方面，這種處理方法有利于保護環(huán)境、便于實現(xiàn)自動化等優(yōu)勢，隨著時代的發(fā)展，在塑料模具表面處理方面的應(yīng)用越來越廣泛。

1 關(guān)于塑料模具表面處理技術(shù)的探討

1.1 表面淬火

表面淬火的目的在于獲得高硬度、耐磨性強的表面，并使得模具內(nèi)部保持原有的良好韌性。此項技術(shù)常運用于機床主軸、齒輪以及發(fā)動機的曲軸等。

表面淬火技術(shù)可在淬火的同時快速加熱，使得塑料表層很快達到淬火的溫度，在熱量尚未滲透到工件心部前立即進行冷卻，以此來實現(xiàn)局部淬火。目前，運用最廣為廣泛的當(dāng)屬感應(yīng)加熱法。感應(yīng)加熱表面淬火需要在感應(yīng)圈內(nèi)通以一定頻率的交流電，這樣可以使得感應(yīng)圈周圍產(chǎn)生頻率相同的交變磁場，由于集膚效應(yīng)，產(chǎn)生的渦流會集中在工件的表面能夠讓工件迅速達到淬火所需溫度，隨即向工件噴水，這樣就能將工件表層淬硬。在塑料模具型腔沿口運用局部淬火還可以避免其分型面出現(xiàn)溢料的現(xiàn)象。

1.2 表面擴散化學(xué)熱處理

化學(xué)熱處理是將工件置于一定的介質(zhì)中加熱和保溫，使介質(zhì)中的活性原子滲入工件表層，改變表面層的化學(xué)成分及顯微組織，從而使工件表層獲得所需特殊性能的熱處理工藝。其類型包括滲碳、氮化、碳氮共滲等，旨在提高工件表面的硬度和耐磨性、疲勞強度；滲氮、滲硅、滲鋁等則用于提高工件的抗腐蝕性、抗氧化性。目前，應(yīng)用最廣的化學(xué)處理是滲碳、氮化和碳氮共滲。

1.2.1 滲碳法

滲碳件主要技術(shù)要求。碳勢要在1%左右，根據(jù)性能要求而定；碳濃度梯度要平緩，這樣有利于滲層與基體的結(jié)合，減少剝落，對于一些零件甚至規(guī)定共析層的總深度不得超過60%～70%；滲層深度主要取決工件受力和設(shè)計壽命等因素，對于一些薄而小的零件，滲透層面深度一般不超過截面尺寸的20%。

滲碳鋼塑料模的熱處理特點。對于有高硬度、高耐磨性和高韌性要求的塑料模具，要選用滲碳鋼來制造，并把滲碳、淬火和低溫回火作為最終熱處理；對滲碳層的要求，一般滲碳層的厚度為0.8～1.5 mm，當(dāng)壓制含硬質(zhì)填料的塑料時模具滲碳層厚度要求為1.3～1.5 mm，壓制軟性塑料時滲碳層厚度為0.8～1.2 mm。滲碳層的含碳量為0.7%～1.0%為佳。若采用碳、氮共滲，則耐磨性、耐腐蝕性、抗氧化、防粘性就更好；滲碳溫度一般在900 ℃～920 ℃，復(fù)雜型腔的小型模具可取840 ℃～860 ℃中溫碳氮共滲。滲碳保溫時間為5～10 h，具體應(yīng)根據(jù)對滲層厚度的要求來選擇。滲碳工藝以采用分級滲碳工藝為宜，即高溫階段（900 ℃～920 ℃）以快速將碳滲入零件表層為主；中溫階段（820 ℃～840 ℃）以增加滲碳層厚度為主，這樣在滲碳層內(nèi)建立均勻合理的碳濃度梯度分布，便于直接淬火。

1.2.2 滲氮法

滲氮常稱為氮化，就是將工件放在含氮介質(zhì)中，加熱到較低溫度（480 ℃～600 ℃），使氮滲入其表面，形成以氮化物為主的滲層。有些鋼種的氮化層硬度高達1000～1200 HV，滲后不必進行提高硬度的淬火處理。氮化層的高硬度是因高硬度氮化物彌散分布在基體中所造成的，隨滲氮溫度溫度升高，氮化物片厚度增加，與母相的共格關(guān)系開始破壞，硬度降低。氮化層的耐磨性遠高于滲碳層，滲氮工件的變形小，處理后不再進行加工就可以使用，高精度的工件也只需要精磨、研磨或拋光。在滲氮層中形成大的殘余壓應(yīng)力，有利于提高零件的疲勞強度。滲氮溫度一般稍代于淬火鋼的回火溫度范圍。調(diào)質(zhì)狀態(tài)的結(jié)構(gòu)鋼滲氮時，工件心部保持了狀態(tài)的回火索氏體組織，在得到高硬度表面的同時具有良好的綜合力學(xué)性能。

滲氮具有處理溫度低（一般為550 ℃～570 ℃），模具變形甚微和滲層硬度高（可達1000～1200 HV）等優(yōu)點，因而也非常適合塑料模具的表面處理。含有鉻、鉬、鋁、釩和鈦等合金元素的鋼種比碳鋼有更好的滲氮性能，用作塑料模時進行滲氮處理可大大提高耐磨性。

1.2.3 碳氮共滲法

碳氮共滲又名軟氮化或低溫碳氮共滲，即在鐵-氮共析轉(zhuǎn)變溫度以下，使工件表面在主要滲入氮的同時也滲入碳。碳滲入后形成的微細碳化物能促進氮的擴散，加快高氮化合物的形成。這些高氮化合物反過來又能提高碳的溶解度。碳氮原子相互促進便加快了滲入速度。此外，碳在氮化物中還能降低脆性。氮碳共滲后得到的化合物層韌性好，硬度高，耐磨，耐蝕，抗咬合。

最常用的的是在井式滲碳爐中滴入煤油或甲醛、丙酮等，同時向爐中通入滲氮用的氨氣。氣體碳氮共滲所用的鋼種，大多數(shù)為低碳中碳的碳鋼及合金鋼。共滲溫度為820 ℃～860 ℃。氣體碳氮共滲的碳、氮含量最主要取決于共滲溫度，溫度越高，共滲層的碳含量就越高，氮含量越低；反之，碳含量越低，氮含量越高。

2 結(jié)語

通過表面處理技術(shù)，我們可以隨意改變模具表層的成分和組織，可增強模具的內(nèi)部韌性、表面硬度以及耐磨性、耐熱性和耐蝕性等，這些都可以幾倍甚至幾十倍地延長模具的使用期限。對于模具生產(chǎn)者來說，便面處理工藝成本將會大大降低，模具的工作條件、其經(jīng)濟因素也會得到改善。雖然便面處理技術(shù)尤其是新型表面處理技術(shù)在模具制造過程中的應(yīng)用程度還不夠高，但隨著表面工程技術(shù)的發(fā)展，其發(fā)展前景廣闊，必將在今后的模具選材和制造方面發(fā)揮巨大的作用。

參考文獻

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