眾所周知，磨損、黏結(jié)均發(fā)生在表面，疲勞、斷裂也往往從表面開始，因此對模具 表面的加工質(zhì)量要求非常高。表面強(qiáng)化的主要目的是提高模具表面的耐磨性、耐蝕性和潤滑性能。但實(shí)際上由于加工痕跡的存在，熱處理時(shí)表面氧化脫碳也在所難免。

一般從模具失效分析得知，45%的模具失效是由于熱處理不當(dāng)造成的。模具的表面性能反而比基體差。

采用熱處理新技術(shù)是提高模具性能的經(jīng)濟(jì)而有效的重要措施。模具熱處理工藝包括基體強(qiáng)韌化和表面強(qiáng)化處理。基體的強(qiáng)韌化在于提高基體的強(qiáng)度和韌度，減少斷裂和變形。因此，必須做好以下熱處理工藝。

(1)模具的整體強(qiáng)韌化工藝

模具既要具有優(yōu)良的整體強(qiáng)韌化性能，又要具有優(yōu)異的型腔表面性能，這樣才能提高模具的使用壽命，為了達(dá)到這個(gè)要求，出現(xiàn)了在對模具整體強(qiáng)韌化的基礎(chǔ)上再進(jìn)行表面強(qiáng)化的各種處理工藝對普通冷作模具鋼，采用低溫淬火與低溫回火處理，可收到增加韌性、減少脆性和折斷的良好效果; 對熱作模具鋼，采用高溫淬火與高溫回火處理，可顯著提高熱作模具鋼的強(qiáng)韌性和熱穩(wěn)定性。例如，對于3Cr2W8V材料制成的壓鑄模，采用400~500℃及 800~850℃的兩次預(yù)先正火而后進(jìn)行高溫淬火、回火處理，可提高韌性40%，模具壽命可提高1 倍。

除此之外，還可采用形變熱處理。變形熱處理是把鋼的強(qiáng)化與相變強(qiáng)化結(jié)合起來的一種強(qiáng)韌化工藝。形變熱處理的強(qiáng)韌化本質(zhì)在于獲得細(xì)小的奧氏體晶粒，細(xì)化馬氏體增加了馬氏體中的位錯(cuò)密度并形成胞狀亞結(jié)構(gòu)，同時(shí)促進(jìn)碳化物的彌散硬化作用。

(2)模具的表面強(qiáng)化熱處理

模具表面強(qiáng)化處理工藝主要有氣體氮化法、離子氮化法、電火花表面強(qiáng)化法、滲硼、TD法、CVD 法、PVD法、激光表面強(qiáng)化法、離子注入法、等離子噴涂法等。

①氣體軟氮化使氮在氮化溫度分解后產(chǎn)生活性氮原子，被金屬表面吸收滲入鋼中并且不斷自表面向內(nèi)擴(kuò)散，形成氮化層。模具經(jīng)氮化處理后，表面硬度可達(dá)950~1200HV，使模具具有很高的紅硬度和高的疲勞強(qiáng)度，并提高模具表面的光潔度和抗咬合能力。

②離子氮化將待處理的模具放在真空容器中，充以一定壓力的含氮?dú)怏w(如氮或氮?dú)浠旌蠚?/span>) ，然后以被處理模具作陰極以真空容器的罩壁作陽極，在陰陽極之間加400~600V的直流電壓，陰陽極間便產(chǎn)生輝光放電，容器里的氣體被電離，在空間產(chǎn)生大量的電子與離子。在電場的作用下，正離子沖向陰極，以很高的速度轟擊模具表面，將模具加熱。正離子沖入模具表面，獲得電子，變成氮原子被模具表面吸收，并向內(nèi)擴(kuò)散形成氮化層。應(yīng)用離子氮化法可提高模具的耐磨性和疲勞強(qiáng)度。

③電火花表面強(qiáng)化這是一種直接利用電能的高能量密度對模具表面進(jìn)行強(qiáng)化處理的工藝。它是通過火花放電的作用，把作為電極的導(dǎo)電材料滲進(jìn)金屬工件表層，從而形成合金化的表面強(qiáng)化層，使工件表面的物理、化學(xué)性能和力學(xué)性能得到改善。例如采用 WC、 TiC等硬質(zhì)合金電極材料強(qiáng)化高速鋼或合金工具鋼表面，可形成顯微硬度1100HV以上的耐磨、耐蝕和具有紅硬性的強(qiáng)化層，使模具的使用壽命明顯提高。電火花表面強(qiáng)化的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡單、操作方便，處理后的模具耐磨性提高顯著 ; 缺點(diǎn)是強(qiáng)化表面較粗糙，強(qiáng)化層厚度較薄，強(qiáng)化處理的效率低。

④滲硼由于滲硼層具有良好的紅硬性、耐磨性，通過滲硼能顯著提高模具表面硬度(達(dá)到1300~2000HV) 和耐磨性，可廣泛用于模具表面強(qiáng)化，尤其適用于處理在磨粒磨損條件下的模具。但滲硼層往往存著較大的脆性，這也限制了它的應(yīng)用。

⑤TD熱處理 在空氣爐或鹽槽中放入一個(gè)耐熱鋼制的坩堝，將硼砂放入坩堝加熱熔化至800~1200 ℃，然后加入相應(yīng)的碳化物形成粉末(如鈦、鋇、鈮、鉻)，再將鋼或硬質(zhì)合金工件放入坩堝中浸漬保溫 1~2h ，加入元素將擴(kuò)散至工件表面并與鋼中的碳發(fā)生反應(yīng)形成碳化物層，所得到的碳化物層具有很高的硬度和耐磨性。

⑥CVD法(化學(xué)氣相沉積 )將模具放在氫氣(或其它保護(hù)氣體)中加熱至 900~1200 ℃后，以其為載氣，把低溫汽化揮發(fā)的金屬化合物氣體如四氯化鈦和甲烷(或其它碳?xì)浠衔?/span>) 蒸氣帶入爐中，使 TiCL4 中的鈦和碳?xì)浠衔镏械奶?/span>(以及鋼表面的碳分) 在模具表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，從而生成一層所需金屬化合物涂層 ( 如碳化鈦)。

⑦PVD法在真空室中使強(qiáng)化用的金屬原子蒸發(fā)，或通過荷能粒子的轟擊，在一個(gè)電流偏壓的作用下，將其吸引并沉積到工件表面形成強(qiáng)化層。利用PVD 法可在工件表面沉積碳化鈦、氮化鈦、氧化鋁等多種化合物。

⑧激光表面強(qiáng)化當(dāng)具有一定功率的激光束以一定的掃描速度照射到經(jīng)過黑化處理的模具工作表面時(shí)，將使模具工作表面在很短時(shí)間內(nèi)由于吸收激光的能量而急劇升溫。當(dāng)激光束移開時(shí)，模具工作表面由基材自身傳導(dǎo)而迅速冷卻，從而形成具有一定性能的表面強(qiáng)化層，其硬度可提高15%~20% ，此外還具有耐磨性高、節(jié)能效果顯著以及可改善工作條件等優(yōu)點(diǎn)。

⑨離子注入 利用小型低能離子加速器，將需要注入元素的原子，在加熱器的離子源中電離成離子，然后通過離子加熱器的高電壓電場將其加熱，成為高速離子流，再經(jīng)過磁分析器提煉后，將離子束強(qiáng)行打入置于靶室中的模具工作表面，從而改變模具表面的顯微硬度和表面粗糙度，降低表面摩擦系數(shù)，最終提高工件的使用壽命。