不锈钢焊管模具表面超硬化处理技术

龍杺起航

一、扩散法金属碳化物覆层技术介绍
- V' A9 m; b  v: I  x. t! w- N- _, r1、 技术简介
扩散法金属碳化物覆层技术是将工件置于特种介质中，经扩散作用于工件表面形成一层数微米至数十微米的金属碳化物层。该碳化物层具有极高的硬度，HV可达1600"3000（由碳化物种类决定），此外，该碳化物履层与基体冶金结合，不影响工件表面光洁度，具有极高的耐磨、抗咬合（粘结）、耐蚀等性能，可大幅度提高工模具及机械零件的使用寿命。
2、 与相关技术的比较
5 i& h+ H$ Z0 W* H# ]通过在工件表面形成超硬化合物膜层的方法，是大幅度提高其耐磨、抗咬合（抗粘结）、耐蚀等性能，从而大幅度提高其使用寿命的有效而经济的方法。目前，工件表面超硬化处理方法主要有物理气相沉积（PVD），化学气相沉积（CVD），物理化学气相沉积（PCVD），扩散法金属碳化物履层技术，其中，PVD法具有沉积温度低，工件变形小的优点，但由于膜层与基体的结合力较差，工艺绕镀性不好，往往难以发挥超硬化合物膜层的性能优势。CVD法具有膜基结合力好，工艺绕镀性好等突出优点，但对于大量的钢铁材料而言，其后续基体硬化处理比较麻烦，稍有不慎，膜层就易破坏。因此其应用主要集中在硬质合金等材料上。PCVD法沉积温度低，膜基结合力及工艺绕镀性均较PVD法有较大改进，但与扩散法相比，膜基结合力仍有较大差距，此外由于PCVD法仍为等离子体成膜，虽然绕镀性较PVD法有所改善，但无法消除。
: ?" _4 {0 W! J' e由扩散法金属碳化物覆层技术形成的金属碳化物覆层，与基体形成冶金结合，具有PVD、PCVD无法比拟的膜基结合力，因此该技术真正能够发挥超硬膜层的性能优势，此外，该技术不存在绕镀性问题，后续基体硬化处理方便，并可多次重复处理，使该技术的适用性更为广泛。
3、 技术优势
扩散法金属碳化物覆层技术在日本、欧洲各国、澳大利亚、韩国等国应用广泛。据调查，许多进口设备上的配套模具大量地使用了该技术，这些模具在进行国产化时，由于缺乏相应的成熟技术，往往使模具寿命低，有些甚至无法国产化。
该技术国内七十年代就有人研究过，但由于各方面条件的限制，工艺及设备往往难以经过批量和长期生产的考验，使该技术中的一些实际存在的问题不易暴露或难以解决，往往半途而废。我们在十多年的研究与应用的过程中，对该技术存在的工艺、设备上的实际问题进行了深入的研究，并进行了有效的改进，经改进后的工艺及成套设备已能够满足长期稳定生产的要求，所处理的模具寿命水平达到进口同类模具寿命水平，取得了丰富的各类模具实际应用的生产经验，为大规模推广应用该技术奠定了坚实的技术基础。
! ], t) ^5 w& Y- e; G, o  ^4、 适用范围
( `0 m% c4 Z! i0 V# K+ J9 R扩散法金属碳化物覆层技术可以广泛应用于各类因磨损、咬合而引起失效的工模具或机械零件。其中，因磨损而引起的失效（如冲裁，冷镦，粉末成型等模具）可提高寿命数倍至数十倍；因咬合而引起的产品或模具的拉伤问题（如引伸模，翻边模等），可以从根本上予以解决。
4 ?3 n* Z) L5 Y9 p6 H- S适用材料：模具钢，含碳量大于0.3%的结构钢，铸铁，硬质合金。
: m: F4 _4 Z- E% f0 b二、不锈钢焊管模具表面超硬化处理技术
" t& b" o5 S% d0 S* W" a7 V( n不锈钢焊管是在焊管成型机上，由不锈钢板经若干道模具碾压成型并经焊接而成。由于不锈钢的强度较高，且其结构为面心立方晶格，易形成加工硬化，使焊管成型时：一方面模具要承受较大的摩擦力，使模具容易磨损；另一方面，不锈钢板料易与模具表面形成粘结（咬合），使焊管及模具表面形成拉伤。因此，好的不锈钢成型模具必须具备极高的耐磨和抗粘结（咬合）性能。我们对进口焊管模具的分析表明，该类模具的表面处理都是采用超硬金属碳化物或氮化物覆层处理。
不锈钢焊管成型模具材料一般是由高碳高铬的Cr12MoV（或SRD11，D2，DC53）制成。目前国内普遍采用如下工艺流程制作模具：下料→粗加工→热处理（高温淬火加高温回火）→精加工→氮化→成品（注：为节省成本，一般生产厂家现在都省去了锻造与球化退火两道耗时，费财工序）。