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今天我們來(lái)講講TD覆層處理：

TD工藝是熱擴(kuò)散法碳化物覆層處理（thermal diffusion carbide coating process）的簡(jiǎn)稱(chēng)。該工藝由日本豐田中央研究所于70年代首先研制成功并申請(qǐng)專(zhuān)利，簡(jiǎn)稱(chēng)TD處理。我國(guó)也稱(chēng)作熔鹽滲金屬，其原理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。碳化釩覆層的主要特點(diǎn)是;

(1)    覆層硬度高，可達(dá)2800~3200HV，遠(yuǎn)高于滲氮和鍍硬鉻（見(jiàn)表1），具有良好的表面耐磨、抗拉傷、耐腐蝕等性能。

2)    TD覆層是通過(guò)擴(kuò)散形成的，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，這對(duì)在成形模上的應(yīng)用極其重要。

大量的實(shí)踐證明，TD覆層處理是目前避免沖壓成形零件與模具拉傷問(wèn)題經(jīng)濟(jì)而最有效的方法之一，并可提高模具壽命數(shù)倍至數(shù)十倍，極具使用價(jià)值。

TD覆層處理工藝從80年代開(kāi)始陸續(xù)由日本引入世界上許多國(guó)家，由于各國(guó)的國(guó)情不同，有些國(guó)家用的很成功，也有些國(guó)家應(yīng)用失敗。該類(lèi)工藝在日本、美國(guó)、韓國(guó)等國(guó)都已得到了廣泛的應(yīng)用。國(guó)內(nèi)70年代即已開(kāi)始研究此工藝，到目前已有數(shù)十家單位對(duì)該工藝進(jìn)行過(guò)研究，發(fā)表文章數(shù)百篇，專(zhuān)利數(shù)項(xiàng)。實(shí)際上此工藝我國(guó)在80年代中期就開(kāi)始起草了工藝標(biāo)準(zhǔn)，即：JB/T4218-1994硼砂熔鹽滲金屬，該標(biāo)準(zhǔn)于1994年10月25日批準(zhǔn)。但這些研究成果大多沒(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(zhuān)業(yè)從事該工藝加工的廠家。

筆者從1991年開(kāi)始該工藝的研究，經(jīng)過(guò)多年的研究和應(yīng)用探索，從1997年開(kāi)始成功應(yīng)用到各類(lèi)模具上，并于2001年開(kāi)始在國(guó)內(nèi)成立了專(zhuān)業(yè)從事該工藝加工業(yè)務(wù)的公司。多年來(lái)，已為數(shù)百家企業(yè)提供了TD覆層處理加工服務(wù)，并成功應(yīng)用到汽車(chē)、家電、五金、制管、冶金等行業(yè)的拉伸、彎曲、翻邊、輥壓成形、冷鐓、沖裁、粉末冶金等類(lèi)模具和一些零部件上，很大程度解決了工件表面拉傷問(wèn)題，大幅提高模具工作零件的使用壽命，取得了優(yōu)異的使用效果，也積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

 以下介紹TD覆層處理工藝在汽車(chē)配件沖壓成形模上的應(yīng)用及有關(guān)注意事項(xiàng)。

2 TD覆層處理工藝在汽車(chē)模具上的應(yīng)用

2.1 汽車(chē)沖壓成形模的拉傷及其解決方法

每輛汽車(chē)都含有大量的沖壓件，沖壓件由模具沖壓成形。工件在拉深、彎曲、翻邊、輥壓等成形過(guò)程中，很容易造成工件表面的拉傷。汽車(chē)底盤(pán)、梁類(lèi)零件往往由較厚的鋼板制造，出于安全和節(jié)能的考慮，越來(lái)越多地使用高強(qiáng)度鋼板，無(wú)論厚板還是高強(qiáng)度鋼板，其沖壓或輥壓成形的模具都要承受極高的成形壓力，工件表面和模具表面拉傷嚴(yán)重，此時(shí)如繼續(xù)生產(chǎn)，模具與工件表面質(zhì)量進(jìn)一步惡化，工件可能會(huì)出現(xiàn)拉裂。解決的方法通常是停機(jī)對(duì)模具表面進(jìn)行修磨、拋光，如此反復(fù)修磨使模具尺寸發(fā)生變化。拉傷問(wèn)題的出現(xiàn)會(huì)帶來(lái)以下問(wèn)題：難以滿足批量連續(xù)生產(chǎn)的要求，降低生產(chǎn)效率，增加勞動(dòng)強(qiáng)度，降低模具壽命和被加工產(chǎn)品尺寸的一致性，影響了產(chǎn)品的外觀，降低產(chǎn)品質(zhì)量。

實(shí)踐表明，在沒(méi)有采取其他措施的情況下，由鋼鐵材料制作的模具用于鋼鐵件的成形，當(dāng)成形力較大時(shí)，無(wú)論模具如何熱處理或淬火硬度有多高，拉傷問(wèn)題都無(wú)法避免。

研究表明，工件成形過(guò)程中表面出現(xiàn)拉傷的實(shí)質(zhì)是工件和模具零件表面局部出現(xiàn)粘著（或焊合、咬合）的結(jié)果[1] 。要解決或改善這一問(wèn)題有多種方法，基本原則是必須改變模具與被加工零件這對(duì)摩擦副的性質(zhì)，使摩擦副由不易粘著的材料代替。具體方法可以是：①改變模具材料或?qū)δ＞哌M(jìn)行表面處理；②對(duì)被加工零件的原料進(jìn)行表面處理（如磷化）；③在模具與被加工零件之間加一層其他物質(zhì)，使被加工零件與模具分離（如加潤(rùn)滑劑或加一層PVC之類(lèi)的材料）。以上方法在不同的場(chǎng)合下都有應(yīng)用，一般情況下，經(jīng)濟(jì)而有效的方法是從模具方面入手，以下就是模具材料和幾種常見(jiàn)的表面處理方法在解決此類(lèi)問(wèn)題時(shí)的一些應(yīng)用作些簡(jiǎn)要介紹。

模具材料方面，硬質(zhì)合金使大家公認(rèn)的耐磨抗咬合材料，在模具不大而成形壓力很大，而且形狀較簡(jiǎn)單時(shí)采用此類(lèi)材料在不少場(chǎng)合優(yōu)勢(shì)很大。但該材料加工困難，脆性也很大，成本高，燒制大型硬質(zhì)合金困難，大型模具難以制造，所以大型汽車(chē)零件模具很難采用該材料。

用銅基合金做模具零件也能解決表面拉傷問(wèn)題，存在的問(wèn)題是因其強(qiáng)度低，耐磨性較差，很難滿足大批量生產(chǎn)要求，另外在一些變形率較大的場(chǎng)合，拉傷問(wèn)題也會(huì)出現(xiàn)。

模具表面處理方面，目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多，比較熟悉的是各類(lèi)滲氮和鍍硬鉻工藝，這兩種表面處理方法的抗拉傷性能較好，但表面硬化效果有限，僅有1000HV左右，表面硬化層磨損后拉傷又會(huì)出現(xiàn)。此外，鍍硬鉻的鍍層與模具母材機(jī)械結(jié)合，在成形壓力較大時(shí)容易脫落，鍍層一旦脫落抗拉傷性能也就失去。所以滲氮和鍍硬鉻在汽車(chē)覆蓋件模具上雖然有應(yīng)用，但其效果有限。PVD或PCVD的鍍層（如鍍鈦層）也具有良好的抗拉傷性能，由于鍍層硬度可以高達(dá)2000~3000HV，甚至更高，因而也具有優(yōu)異的耐磨性能，只是鍍層與母材結(jié)合力較差，在拉深類(lèi)模具上使用時(shí)很容易使鍍層脫落，發(fā)揮不出其抗拉傷和耐磨效果，有時(shí)根本就無(wú)效果，這類(lèi)工藝在成形模具上應(yīng)用也很有限。

實(shí)踐已證明，目前最有效而經(jīng)濟(jì)的解決成形模具表面拉傷問(wèn)題的表面處理方法是高溫化學(xué)氣相沉積（即高溫CVD）和TD覆層處理，這兩種方法在不同國(guó)家不同場(chǎng)合各有偏重，相比而言前者成本較高，環(huán)保壓力較大。目前日、韓、美主要應(yīng)用的是TD覆層處理，我國(guó)（包括臺(tái)灣地區(qū)）對(duì)于解決模具表面拉傷問(wèn)題和提高模具壽命的表面處理工藝缺乏必要的了解，近年來(lái)隨著外資企業(yè)的不斷涌入，特別是汽車(chē)工業(yè)的高速發(fā)展，TD覆層處理工藝及其應(yīng)用價(jià)值將越來(lái)越多的被人們所認(rèn)識(shí)。

2.2 TD覆層處理應(yīng)用實(shí)例

（1）圖1所示為汽車(chē)配件模具鑲塊，其加工的是3.2mm厚、強(qiáng)度為420MPa的高強(qiáng)度鋼板。該模具在沒(méi)有進(jìn)行TD覆層處理以前加工的工件表面出現(xiàn)嚴(yán)重拉傷，導(dǎo)致生產(chǎn)效率降低，工件的表面質(zhì)量惡化，降低了模具壽命。通過(guò)對(duì)模具相關(guān)零件進(jìn)行TD覆層處理以后，可解決工件表面拉傷問(wèn)題，并可以提高模具壽命20~30萬(wàn)次。

（2）圖2所示為車(chē)輪鋼圈輥輪，成形工藝是將鋼鍛坯輥壓成形。輥壓成形模的相關(guān)零件不進(jìn)行表面處理很快就會(huì)出現(xiàn)拉傷并咬死，無(wú)法正常生產(chǎn)。原來(lái)該模具一般采用鹽浴滲氮處理（QPQ處理），壽命一般僅能生產(chǎn)不到1000件產(chǎn)品，又需重新拆下進(jìn)行QPQ處理，生產(chǎn)過(guò)程中還需加入大量的機(jī)油等潤(rùn)滑劑，操作環(huán)境惡劣。后來(lái)采用TD覆層處理工藝，模具壽命提高至8萬(wàn)件以上，較原經(jīng)QPQ處理的模具壽命提高近百倍，大大提高了生產(chǎn)效率和降低了生產(chǎn)成本。采用該工藝處理的模具對(duì)潤(rùn)滑條件可以放寬，勞動(dòng)條件大為改善。

3.TD覆層處理應(yīng)用注意事項(xiàng)

 TD覆層處理溫度是850~1050℃，是一種高溫處理過(guò)程，處理過(guò)程中必然會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力。對(duì)于鋼鐵材料而言一般會(huì)有相變過(guò)程，相變的結(jié)果會(huì)形成相變應(yīng)力和工件比容的變化。熱應(yīng)力、相變應(yīng)力、比容的變化會(huì)使工件產(chǎn)生變形甚至開(kāi)裂。而一般TD覆層處理是模具的最終加工工序，處理后不容許再加工，所以TD覆層處理工藝能否成功應(yīng)用的關(guān)鍵是:①形成合格的表面覆層；②盡量減小工件變形，并杜絕開(kāi)裂現(xiàn)象。根據(jù)十余年從事該工藝的研究和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，要用好該工藝除需要專(zhuān)業(yè)的指導(dǎo)以外還必須特別注意以下問(wèn)題：

（1）               材料要求。采用熱處理微變形鋼，一般推薦SKD11、D2、DC53、Cr12MoV等高鉻模具鋼，實(shí)際上目前該工藝在模具上應(yīng)用最多的也是此類(lèi)材料。必須說(shuō)明的是，要是用國(guó)產(chǎn)的鋼材，建議用品質(zhì)優(yōu)良的鋼材，否則容易出現(xiàn)變形超差問(wèn)題。

（2）               冷熱加工工藝。工件的熱處理工藝及其冷熱加工內(nèi)應(yīng)力對(duì)TD覆層處理加工過(guò)程變形量有較大影響，這往往需要各方面相互溝通，才能使變形量減小。

（3）               設(shè)計(jì)方面。汽車(chē)沖模外形尺寸往往比較大，出于制造成本、材料供應(yīng)難易及冷熱加工工藝限制等方面考慮，要進(jìn)行TD覆層處理的大型模具零件一般都做成鑲塊結(jié)構(gòu)，盡量減少工作部位的分型面，以減少TD覆層處理后的調(diào)模工作量。另外工件截面的急劇變化，內(nèi)部有尖角、細(xì)長(zhǎng)或薄板類(lèi)鋼件，熱處理過(guò)程中工件容易變形甚至開(kāi)裂，所以要進(jìn)行TD覆層處理的工件設(shè)計(jì)時(shí)要盡量避免以上結(jié)構(gòu)。

（4）    TD覆層處理的工件如已做過(guò)其他表面處理，如各類(lèi)滲氮、滲硼、鍍硬鉻、PVD沉積等，需將原表面處理徹底清除，否則會(huì)影響TD覆層表面質(zhì)量。已做過(guò)TD覆層處理的工件，一般只需將損傷部位修復(fù)即可再進(jìn)行TD覆層處理。

TD覆層處理組織結(jié)構(gòu)

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