傳統的壓鑄模具熱處理工藝是淬火-回火,以后又發展了表面處理技術。由于可作為壓鑄模具的材料多種多樣,同樣的表面處理技術和工藝應用在不同的材料上會產生不同的效果。熱處理技術改進的另一個發展方向,是將傳統的熱處理工藝與先進的表面處理工藝相結合,提高壓鑄模具的使用壽命。如將化學熱處理的方法碳氮共滲,與常規淬火、回火工藝相結合的NQN(即碳氮共滲-淬火-碳氮共滲)復合強化,不但得到較高的表面硬度,而且有效硬化層深度增加、滲層硬度梯度分布合理、回火穩定性和耐蝕性提高,從而使得壓鑄模具在獲得良好心部性能的同時,表面質量和性能大幅提高。
表面熱擴滲技術
這一類型中包括有滲碳、滲氮、滲硼以及碳氮共滲、硫碳氮共滲等。
滲碳和碳氮共滲
滲碳工藝應用于冷、熱作和塑料模具表面強化中,都能提高模具壽命。如3Cr2W8V鋼制的壓鑄模具,先滲碳、再經1140～1150℃淬火,550℃回火兩次,表面硬度可達HRC56～61,使壓鑄有色金屬及其合金的模具壽命提高1.8～3.0倍。進行滲碳處理時,主要的工藝方法有固體粉末滲碳、滲碳、以及真空滲碳、離子滲碳和在滲碳氣氛中加入氮元素形成的碳氮共滲等。其中,真空滲碳和離子滲碳則是近20年來發展起來的技術,該技術具有滲速快、滲層均勻、碳濃度梯度平緩以及工件變形小等特點,將會在模具表面尤其是精密模具表面處理中發揮越來越重要的作用。
滲氮及有關的低溫熱擴滲技術
這一類型中包括滲氮、離子滲氮、碳氮共滲、氧氮共滲、硫氮共滲以及硫碳氮、氧氮硫三元共滲等方法。這些方法處理工藝簡便、適應性強、擴滲溫度較低(一般為480～600℃)、工件變形小,尤其適應精密模具的表面強化,而且氮化層硬度高、耐磨性好,有較好的抗粘模性能。
3Cr2W8V鋼壓鑄模具,經調質、520～540℃氮化后,使用壽命較不氮化的模具提高2～3倍。美國用H13鋼制作的壓鑄模具,不少都要進行氮化處理,且以滲氮代替一次回火,表面硬度高達HRC65～70,而模具心部硬度較低、韌性好,從而獲得優良的綜合力學性能。氮化工藝是壓鑄模具表面處理常用的工藝,但當氮化層出現薄而脆的白亮層時,無法抵抗交變熱應力的作用,極易產生微裂紋,降低熱疲勞抗力。因此,在氮化過程中,要嚴格控制工藝,避免脆性層的產生。
采用反復滲氮的辦法可以分解容易在服役過程中產生微裂紋的氮化物白亮層,增加滲氮層厚度,并同時使模具表面存在很厚的殘余應力層,使模具的壽命得以明顯提高。此外還有采用鹽浴碳氮共滲和鹽浴硫氮碳共滲等方法。這些工藝在國外應用較為廣泛,在國內較少見。如TFI+ABI工藝,是在鹽浴氮碳共滲后再于堿性氧化性鹽浴中浸漬。工件表面發生氧化,呈黑色,其耐磨性、耐蝕性、耐熱性均得到了改善。經此方法處理的鋁合金壓鑄模具壽命提高數百小時。再如法國開發的硫氮碳共滲后進行氮化處理的oxynit工藝,應用于有色金屬壓鑄模具則更具特點。
