TD覆層處理技術(shù)在解決汽車高強(qiáng)度鋼板和厚料板沖壓模具表面拉傷問(wèn)題和提高模具壽命方面表現(xiàn)杰出，其應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越多。

 

技術(shù)原理及工藝

 

TD覆層處理是熱擴(kuò)散法碳化物覆層處理(Thermal Diffision Carbide Coating Process)的簡(jiǎn)稱，英文簡(jiǎn)稱“TD coating”。因該技術(shù)由日本豐田中央研究所于20世紀(jì)70年代首先研制成功并申請(qǐng)專利，又被稱為“Toyota Diffusion Process”,簡(jiǎn)稱“TD Process”，即TD處理，我國(guó)也稱作“熔鹽滲金屬”。

 

無(wú)論其名稱如何，其原理都是將工件置于熔融硼砂混合物中，通過(guò)高溫?cái)U(kuò)散作用于工件表面形成金屬碳化物覆層，該碳化物覆層可以是釩、鈮、鉻等元素的碳化物，也可以是其復(fù)合碳化物，目前應(yīng)用最廣泛的是碳化釩覆層。圖1所示為TD覆層組織的結(jié)構(gòu)。一般情況下，TD覆層處理的基本工藝過(guò)程為：工件檢查-拋光-裝吊-TD覆層處理-淬火+回火1～3次-清理-檢驗(yàn)-尺寸調(diào)整-拋光-入庫(kù)。

 

主要特點(diǎn)

 

以碳化釩覆層為例，TD覆層處理最主要的特點(diǎn)是：

 

1、覆層硬度高，HV可達(dá)2800～3200，遠(yuǎn)高于氮化和鍍硬鉻，因而具有遠(yuǎn)高于這些表面處理的耐磨、抗拉傷、耐蝕等性能。表中所示為TD覆層處理與其他幾種表面處理技術(shù)所能達(dá)到的材料硬度比較。

 

2、由于是通過(guò)擴(kuò)散形成的，所以覆層與基體具有冶金結(jié)合，覆層與基體的結(jié)合力較鍍硬鉻和PVD或PCVD的鍍層如鍍鈦層高得多，使用中不會(huì)脫落，這一點(diǎn)對(duì)在成形類模具上的應(yīng)用極其重要。

 

國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r

 

TD覆層處理技術(shù)從20世紀(jì)80年代開始陸續(xù)由日本引入世界各地的許多國(guó)家，由于各國(guó)的國(guó)情不同，有些國(guó)家用得很成功，也有些國(guó)家應(yīng)用失敗。該技術(shù)在日本、美國(guó)、韓國(guó)等國(guó)都已得到廣泛的應(yīng)用。國(guó)內(nèi)70年代即已開始研究此項(xiàng)技術(shù)，到目前已有數(shù)十家單位對(duì)該技術(shù)進(jìn)行過(guò)研究，發(fā)表文章數(shù)百篇，專利數(shù)項(xiàng)，據(jù)了解，目前還有一些單位在專門研究該項(xiàng)技術(shù)。實(shí)際上中國(guó)早在80年代中期就起草了此項(xiàng)技術(shù)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，即：JB/T4218-946硼砂熔鹽滲金屬，該標(biāo)準(zhǔn)于1994年10月25日被批準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)的研究成果大多沒(méi)有經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間生產(chǎn)實(shí)踐的考驗(yàn)，應(yīng)用中總是存在這樣或那樣的問(wèn)題，所以從70年代至90年代，盡管研究的人很多，但沒(méi)有一家專業(yè)從事該項(xiàng)技術(shù)加工的廠家。

 

筆者從1991年開始該項(xiàng)技術(shù)的研究工作，經(jīng)過(guò)多年的研究和應(yīng)用摸索，從1997年開始成功應(yīng)用到各類模具上，并于2001年開始在國(guó)內(nèi)首先成立了專業(yè)從事該項(xiàng)技術(shù)加工業(yè)務(wù)的公司。多年來(lái)已為數(shù)百家國(guó)內(nèi)外企業(yè)提供了TD覆層處理加工服務(wù)，并成功應(yīng)用到汽車、家電、五金、制管、冶金等行業(yè)的引伸(拉伸、拉延)、彎曲、翻邊、輥壓成形、冷鐓、沖裁、粉末冶金等類模具和一些零部件上，或根本上解決工件表面拉傷問(wèn)題，或大幅提高工件的使用壽命，取得了極優(yōu)異的使用效果，也積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

 

適用材料

 

有一定含碳量(如高于0.3%)的各類鋼材、硬質(zhì)合金等都可以形成TD覆層，各類含碳量很低的鋼材通過(guò)預(yù)先滲碳也可以形成TD覆層。對(duì)于承載較大、精度較高的工件，一般推薦各類中高合金模具鋼，如SKD11、DC53、Cr12MoV、Cr12、Cr15MoV、H13、硬質(zhì)合金等。

 

應(yīng)用與推廣價(jià)值

 

TD覆層處理的應(yīng)用主要在兩方面：一方面是利用其高耐磨、抗粘結(jié)性能，從根本上解決成形類模具如拉伸、彎曲、翻邊、滾壓成形、壓鑄等模具的表面拉傷工件或粘料問(wèn)題，提高產(chǎn)品質(zhì)量，并大幅提高模具壽命；另一方面是利用其高耐磨性能，大幅度提高因各類磨損引起失效的工模具或工件的使用壽命，如沖裁、冷鐓、粉末壓制等模具。

 

大量實(shí)踐已經(jīng)證明，TD覆層處理是目前解決拉傷問(wèn)題的經(jīng)濟(jì)而有效的方法之一，并可將模具的使用壽命提高數(shù)倍至數(shù)十倍，極具使用價(jià)值。如圖2所示的車輪輪圈成形模，原來(lái)采用CrWMn，進(jìn)行鹽浴氮化處理，壽命1000次左右時(shí)，工件和模具即嚴(yán)重拉傷甚至卡死，后改用模具材料Cr12MoV，并進(jìn)行TD覆層處理后，根本上解決了工件表面拉傷問(wèn)題，模具壽命一般可達(dá)8萬(wàn)件以上。

 

近年來(lái)隨著我國(guó)制造業(yè)特別是汽車工業(yè)的高速發(fā)展，由于TD覆層處理技術(shù)在解決汽車高強(qiáng)度鋼板和厚料板沖壓模具表面拉傷問(wèn)題和提高模具壽命方面的杰出表現(xiàn)，其應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越多。圖3所示為一些汽車零部件模具經(jīng)TD覆層處理后的樣件。

 

需要說(shuō)明的是，TD覆層處理是一種在850～1050℃條件下的高溫處理技術(shù)，處理中必然會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力、相變應(yīng)力和比容的變化，存在工件變形超差甚至開裂的風(fēng)險(xiǎn)，因此要用好該技術(shù)必須要有專業(yè)的技術(shù)指導(dǎo)，全面考慮材料、焊補(bǔ)、設(shè)計(jì)、熱處理和表面處理、覆層厚度等各個(gè)因素，以保證TD覆層處理質(zhì)量并發(fā)揮最佳效果，提升其產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，為模具制造企業(yè)和終端客戶帶來(lái)效益。