隨著我國汽車工業(yè)的高速發(fā)展，各大主機廠對汽車安全性的關(guān)注度也越來越高。通過在車身安全結(jié)構(gòu)件中使用高強度鋼板替代普通鋼板，以提高車身的安全性，勢必對模具零件強度、耐磨性提出更高的要求。高強度鋼板在R角及復(fù)雜成形面處極易出現(xiàn)毛刺缺陷，該缺陷已成為阻礙沖壓件成形質(zhì)量提升的難題，通過引入模具TD表面強化技術(shù)，可以提升沖壓件成形質(zhì)量和延長模具鑲件的使用壽命，具有制造成本低、整改周期短的特點。

TD工藝簡介和工藝流程

TD工藝簡介：

TD模具表面強化處理技術(shù)是熱擴散法碳化物覆層處理（thermal diffusion carbide coating process），在一定的處理溫度下將零件置于硼砂熔鹽及特種介質(zhì)中，特種熔鹽中的金屬原子與模具零件中的碳、氮原子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，擴散到模具零件表面而形成膜厚幾微米至幾十微米的釩、鈮、鉻、鈦的金屬碳化層。實踐證明，這種覆層厚度為10~15μm，硬度達到2800~3200HV，具有很高的耐磨性、抗崩刃性、耐蝕性，可以重復(fù)TD處理3~5次。

高強度鋼板模具材料的選用逐步使用高耐磨、抗崩刃的SKD11替代Cr12MoV，合資品牌在嘗試使用更高級別的模具材料ASSAB88（材料成本是SKD11的2倍以上），高強度鋼板材料對比數(shù)據(jù)如表1所示。

TD工藝流程：

① 來料檢查：鑲件數(shù)量、質(zhì)量、外觀（碰傷、裂紋等）、母材牌號、母材硬度檢測和確認(rèn)；

② TD處理前尺寸和硬度確認(rèn)（零件長寬尺寸不能大于620mm×850mm）；

③ TD處理前打磨和拋光（粗糙度小于Ra0.8mm）；

④ TD處理：預(yù)熱（520℃左右）、TD處理（900~1030℃硼砂熔鹽8~12h）、鹽浴淬火（500℃左右鹽浴10~20min）、回火2次（低溫回火180~200℃，高溫回火500℃，回火時間在3~5h）；

⑤ 清洗及孔中鹽類物質(zhì)去除；

⑥ TD處理后尺寸和硬度確認(rèn)；

⑦ 尺寸調(diào)整確認(rèn)；

⑧ TD處理后的拋光；

⑨ 出貨檢測（碰傷、裂紋、雜質(zhì)、硬度、皮膜厚度）；

⑩ 包裝出貨。

TD處理前要進行預(yù)熱的目的是防止鑲件產(chǎn)生劇烈變形和開裂，預(yù)熱溫度設(shè)定為520℃左右，以保證鑲件表面不產(chǎn)生氧化物為前提。需要注意的是鑲件從硼砂熔鹽到鹽浴中的速度要快，以防止TD層氧化。

TD處理使用范圍和優(yōu)點

TD處理的使用范圍：

TD處理適用于汽車沖壓成形類模具的鑲件、各種擠壓模、滾壓模、彎管模、成形模、彎曲模、擴口及縮口模、變薄拉深模等。

TD處理的優(yōu)點：

模具鑲件通過TD處理后，可以提高其表面的耐磨性和母材的韌性，通常情況下進行TD表面處理后，其使用壽命至少提高8倍以上、沖壓單件合格率能提升到98%以上、停線時間縮短、維護成本降低。

TD處理模具零件選擇：

1 Cr12鋼材不適合做TD處理，因為TD處理后，相關(guān)技術(shù)參數(shù)不達標(biāo)：①模具零件硬度不達標(biāo)，一般只能達到45HRC左右，耐磨性較差；②零件尺寸變形大，Cr12在TD處理過程中沒有二次硬化，由材料自身的特性決定的。

2 油鋼（DF2）、碳鋼類不適合做TD處理，因為其熱處理工藝不適合TD處理工藝要求，油鋼、碳鋼的淬火溫度在780~850℃，而TD的淬火溫度在900~1030℃。

3 高速鋼不適合做TD處理，高速鋼TD處理屬于二次淬火過程，開裂風(fēng)險大，而且熱處理工藝與TD工藝不適應(yīng)，高速鋼淬火溫度為1200℃左右，而TD的淬火溫度在900~1030℃。

4 不銹鋼系列鋼材不適合做TD處理，因為含碳量低，在0.1%~0.3%，TD處理后無法成膜（要求母材含碳量在0.3%以上）。

TD處理常見問題及應(yīng)對措施：

1 模具零件在TD處理過程中，會出現(xiàn)母材硬度不足，尺寸無法調(diào)整的問題，主要原因是模具母材牌號錯誤或質(zhì)量達不到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求；應(yīng)對措施是選擇適合TD處理的優(yōu)質(zhì)模具鋼，例如：SKD11、Cr12MoV。

2 模具零件TD處理后會出現(xiàn)焊接部位不成膜或存在裂紋的問題，主要原因是：TD處理前模具鑲件R角和成形面存在較明顯的裂紋和砂眼缺陷、焊條材質(zhì)與母材不相融（熱膨脹系數(shù)和收縮率相差較大）、焊接工藝不合理等。針對鑲件R角和成形面缺陷（裂紋和砂眼）的應(yīng)對措施是首先使用砂輪機和磨頭將缺陷部位表面深度0.5mm以下去除，然后選擇與母材相融的焊條實施焊接、修磨、拋光。對于已實施過TD處理的模具鑲件，需在200℃左右的加熱爐中保溫1~2h后再實施焊接，這樣可以減少開裂風(fēng)險，提高焊接質(zhì)量。

為了篩選出Z適合母材的優(yōu)質(zhì)焊條，通過試驗數(shù)據(jù)驗證不同型號的焊條在SKD11上焊接后，實施TD處理的效果（膜厚和硬度指標(biāo)）。

試驗材料：①母材：材質(zhì)為SKD11；②焊條：包括CMC-EMagic6、TM2000在內(nèi)的6種不同型號焊條。

試驗步驟：①由具有豐富經(jīng)驗的模具高級技師，依次使用6種不同型號的焊材在母材上試焊3cm長的焊接面，并做好1~6的編號（見圖1）；②將焊接面表面打磨光滑，實施TD處理；③TD處理完畢檢測膜厚、硬度參數(shù)，觀察其外觀，并做好記錄，檢測數(shù)據(jù)如表2所示；④依據(jù)評價標(biāo)準(zhǔn)，對6種不同型號的焊條焊接后的TD效果實施綜合評價。

圖1 TD處理圖示

試驗結(jié)果

使用型號3（SUPER7）和型號4（WeD-6a）焊條在SKD11母材上焊接，TD處理后效果（皮膜厚度、硬度、外觀質(zhì)量缺陷參數(shù)等）Z優(yōu)；上述試驗數(shù)據(jù)是通過試驗得來，不同的施焊人員、焊接設(shè)備、焊接方法、不同批次的焊接母材和焊條、焊接環(huán)境、檢測設(shè)備等，得到的檢測數(shù)據(jù)可能有偏差。

3 模具鑲件經(jīng)過多次TD處理后，會引起模具零件表面成膜不好、耐磨性差或開裂的問題，主要原因是模具零件經(jīng)過多次TD處理后母材表面的碳原子含量會逐漸減少，皮膜厚度不斷下降，同時母材表面脫碳層越來越深；如果母材表面脫碳層深度達到0.50mm以上，TD處理后模具鑲件表面成膜效果較差，嚴(yán)重時會引起鑲件開裂，當(dāng)出現(xiàn)以上缺陷時，則不再適合做TD處理。

TD處理變形量控制：

1 沖模鑲件實施TD處理過程，實際是二次淬火的過程，其組織變化與真空淬火后的組織變化基本相同；不同的是TD淬火的介質(zhì)和真空淬火的介質(zhì)。

真空淬火的介質(zhì)是油和氮氣，在常溫下這2種介質(zhì)在零件淬火時冷卻速度較快、熱應(yīng)力釋放也較大。在這種情況下如果保護不當(dāng)，會引起零件的變形和開裂；通常情況下，真空熱處理的變形量比TD處理的大，且開裂風(fēng)險增大。

TD淬火的介質(zhì)是等溫鹽浴，鹽浴淬火溫度控制在500℃左右，淬火時間10~20min，零件在此過程中冷卻速度較慢，釋放出的熱應(yīng)力較小，一般TD處理后的模具鑲件整體變形量和開裂風(fēng)險都較小。

2 變形量的控制要求：平面和側(cè)面的變形量可以控制在±0.05mm左右。當(dāng)前行業(yè)內(nèi)對于零件變形量的控制參數(shù)，參照日本行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，沖模鑲件尺寸長、寬、高均在300mm以內(nèi)的控制在±0.10mm左右，在100mm以內(nèi)的控制在±0.05mm，在50mm以內(nèi)的控制在±0.03mm，特殊要求除外。

TD處理后使用維護相關(guān)注意事項：

1 新的模具鑲件調(diào)試穩(wěn)定后才能實施TD處理，TD處理后的模具鑲件在運輸前，必須使用獨立防磕碰的包裝，運輸時使用專用器具裝車，運輸過程中避免急剎車等情況出現(xiàn)。

2 TD處理后的模具鑲件會有微量的變形，在進行裝配前，需對鑲件安裝型面進行細致研磨，裝配面的研合率達到80%以上，使鑲件之間、鑲件與安裝面之間達到較好的匹配效果。

3 TD處理后的模具在生產(chǎn)前，必須對模具零件表面進行清擦，在板料上涂適量拉深油，有助于延長TD層使用壽命。

4 每生產(chǎn)5000沖次，需將模具吊入全封閉模具清洗間實施整體清洗、吹干，保證模具整體的清潔。

5 在進行必要的焊接作業(yè)時，必須對TD處理面實施必要的防護措施，否則會造成TD處理層的氧化脫落，縮短模具使用壽命，模具鑲件的TD處理層抗氧化溫度為500℃左右，而焊接電弧溫度達到6000℃以上。

6 模具鑲件在TD處理后其表面硬度能達到2800~3200HV，具有較高的硬度和耐磨性，但是尖錐物的敲擊和砂輪機的打磨會導(dǎo)致TD處理層的損傷，應(yīng)避免以上不當(dāng)行為。

7 異物擠壓會導(dǎo)致TD處理層的變形凹陷，需要及時實施鈍化和研磨處理，處理不及時會導(dǎo)致TD層損壞面積不斷增大，造成沖壓件局部產(chǎn)生嚴(yán)重毛刺，縮短模具使用壽命。