化學熱處理是將模具加熱到一定溫度與介質發生化學反應，使其表面按需要滲入一定量的其他元素，從而改善其表層的化學成分、組織與性能、從而有效地提高模具表面的耐磨性、耐蝕性、抗氧化和抗咬合等性能，使模具的壽命有顯著的提高。幾乎所有的化學熱處理工藝均可用于模具熱處理。
⒈滲碳和滲氮共滲
滲碳是目前機械工業中應用最廣泛的一種化學熱處理方法。其工藝特點是將低高碳的低合金模具鋼和中高碳的高合金模具鋼在增碳的活性介質中（滲碳劑）加熱到900~930℃使碳原子滲入模具表面層，繼之以淬火并低溫回火，使模具的表層和心部具有不同的成分、組織和性能。滲碳又分為固體滲碳、液態滲碳、氣體滲碳。近期又發展到可控氣氛滲碳、真空滲碳、苯離子滲碳等。
滲氮共滲是模具零件表層同時滲入碳氮的熱處理過程。
3Cr2W8V鋼壓鑄模具，先滲碳再經1150℃淬火，550℃回火兩次，表面硬度可達58~61HRC,使用壽命可提高1.8~3倍。6Cr4W3Mo2VNb(65Nb)等基體鋼有高的強韌性，但其表面的耐磨性常常較差，用這類鋼制造的模具進行滲碳或滲氮共滲，可顯著提高其使用壽命。東莞市弘超模具科技有限公司溫馨提醒您！類似的模具也可以選擇高耐熱熱作模具鋼Y4(4Cr3Mo2MnVNbB)鋼或GR(4Cr3Mo3W4VNb)鋼作為母體模具鋼。
⒉滲氮或氮碳共滲
將氮滲 入鋼表面的過程稱為鋼的氮化。氮化能使模具零件獲得比滲碳更高的表面硬度、耐磨性能、疲勞性能、紅硬性和耐蝕性能。因為氮化溫度較低（500~570℃），氮化后模具零件變形較小。
 滲氮方法有固體滲氮、液態滲氮、氣體滲氮。目前正在廣泛應用離子滲氮、真空滲氮、電解催滲滲氮、高頻滲氮等新技術，縮短了滲氮時間，并可獲得高質量的滲氮層。
 滲碳共滲是在含有活性碳、氮原子的介質中同時滲入氮和碳，并以滲氮為主的低溫氮碳共滲工藝（530~580℃），滲碳共滲的滲層脆性小，共滲時間比滲氮時間大為縮短。壓鑄模、熱擠壓模經氮碳共滲后，可顯著提高其熱疲勞性能。
生產實踐證明，經過滲氮和氮碳共滲的合金鋼模具其使用壽命，均有較大幅度提高。

⒊氧氮共滲、硫氮共滲、硫氮碳共滲、稀土催滲和多元共滲
在氣體滲氮的同時，通入含氧介質（一般是空氣，體積分數在5%以下），可實現模具鋼的氧氮共滲，其兼有滲氮和蒸汽處理的結果。由于氧降低了氫分壓，提高了氮原子活性，加快了滲入速度，因此氧氮共滲的化合物層和擴散層的厚度要比相應的酒精-氨作滲劑的氮碳共滲層要厚，特別是化合物層要厚50%~100%，而且沒有脆性，模具氧氮共滲后，其使用壽命比氮碳共滲有大幅度提高。氧氮共滲溫度為540~590℃，保溫時間1~3h。
氣體硫氮共滲是在滲氮爐內進行，滲劑為氨（體積分數為30%~50%）和硫化氫（體積分數為0.02%）。氣體硫氮碳共滲則采用通氨滴硫脈熔液，共滲溫度一般為540~570℃，共滲時間為1~3h。硫能與鐵形成化合物FeS和FeS2，覆蓋在表層，可以降低摩擦因數，有效地提高 表面抗咬合和抗擦傷的能力。此工藝在模具上使用后，模具使用壽命有明顯提高。近年來已發展了氧、硫、硼、氮、碳五元共滲工藝，五元共滲后，能在模具表面形成碳化物、硫化物、氧化物、硼化物和氮化物，使模具表層的硬度明顯提高，擴散層中則滲入了氮和碳，硬度也有所提高，模具的使用壽命能大幅度提高。
許多單位的生產實踐表明，在化學熱處理加入少量稀土元素，有較明顯的催滲效果，加速：[C]、[N]、[B]等活性輕原子的產生，可改變工件表面化學成分、結構，改善材料性能，提高滲劑的使用，從而發展了稀土氮共滲、稀土氮碳共滲等新工藝。減少了滲氮和氮碳共滲時間，提高了產品質量，增加了模具使用壽命。
⒋滲硼和滲金屬
滲硼是模具制造行業常用的一種高溫化學熱處理工藝。按所用介質的物理狀態，滲硼可分為固體滲硼、液體滲硼、氣體滲硼、膏劑滲硼和電解滲硼等。固體滲硼的溫度為800~950℃，保溫時間2~6h，硼化物層的厚度為0.10~0.20mm，固體滲硼后表層的硬度高達1400~2800HV，優點是設備簡單、操作方便、工件表面易清洗，因而應用廣泛。滲硼層較脆、擴散層較薄，對滲層的支撐力強，為此，可采用硼氮共滲，或硼碳氮共滲，以加強過渡區，使其硬度變化平緩。稀土元素可明顯提高滲硼速度，使滲層均勻致密，提高其與基體間的結合力。滲硼后的零件可進行滲硼后的熱處理以求滲層與基體性能的合理配合。
滲硼熱處理工藝常應用與各種冷作模具上，由于耐磨性的提高，模具的使用壽命可提高數倍或十余倍。采用中碳鋼滲硼有時可取代高合金鋼制作模具。滲硼也可應用于熱作模具，如熱擠壓模等。
隨著工業的發展，對鋼材的性能提出了更多的特殊要求。采用滲金屬的化學熱處理方法，可使模具的表面獲得特殊性能，以滿足使用要求。滲金屬包括滲鉻、滲釩、滲鈮、滲鈦等工藝均可應用于處理冷作模具和熱作模具。熔鹽滲金屬法（熔鹽碳化物覆層工藝和TD法），可在鋼的表面獲得一系列高硬度碳化物，滲層硬度高達1800~3200HV，可使模具的使用壽命提高幾倍乃至十幾倍。

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