TD處理技術是一項因汽車產業而生，依靠汽車產業而發展的表面熱處理技術。自上世紀七十年代豐田中央研究所提出并研發成功以來，一直是汽車業界極受重視的技術。技術形成的早期，由于其在汽車業的巨大工業優勢，日本工業界也逐漸將靈活應用于各個工業領域中，在當時日本有“TDの活用”一詞，顯示其廣泛的用途，像制管、紡織機械、農機、鋼鐵等行業。隨著科學技術的進步，后繼的離子注入、物理沉積等新技術的蓬勃發展，使得TD技術在一些領域中逐漸退出。

TD處理屬于奧氏體化溫度以上的高溫表面改性技術，不可避免的產生工件形變，但是TD處理憑借其“工藝穩定，無毒害氣體，環保性好、性價比高”等優勢，以及強大冶金結合力的超硬皮膜，使其仍牢牢占據汽車沖壓領域，仍然是世界三大汽車市場中國、美國、日本的汽車沖壓模具廠表面處理廣泛采用的技術，中國、美國、日本均有較大規模的TD處理供應商（中國和勝金屬、美國Tool Dynamics、日本ト-カロ株），其技術源頭都是豐田中央研究所。

中國汽車市場的蓬勃發展，產銷量逐年攀升，在強勁的內需和逐漸發展的零部件外銷的雙重拉動下，自動化高速沖壓和高強度板沖壓兩項技術龍頭迅猛發展。在此背景下，TD處理技術非常貼合中國國情，相信在目前乃至未來一段時期仍然具有強大的生命力。

2 TD處理的形成機理

2-1以熱反應、析出、擴散方式在鋼件表面進行皮膜硬化的處理方法（Thermal Diffusion Carbide Coating Process），形成一層金屬碳化物皮膜（5–15μm），TD處理層的形成一般經過反應、析出、擴散三個過程，可以用（下圖1）示意圖說明碳化物皮膜的形成機理。

圖1

①   鹽浴中發生化學反應生成活性釩原子；

②   基體表面的碳原子發生析出，與吸附在鋼件表面的活性釩原子形核，開始生成碳化物皮膜；

③   釩與碳的相對擴散使其長大過程不斷進行，致使皮膜不斷增厚；

這種通過擴散而形成新相的過程，稱為熱反應擴散。

2-2 影響TD碳化物皮膜品質的因素

2-2-1. 處理溫度對TD皮膜厚度的影響

根據豐田中央研究所的研究表明，在相同溫度條件下，生成碳化物層的化學反應的活化能遠低于擴散活化能，碳原子在皮膜中的擴散系數遠低于碳原子在奧氏體基體中的擴散系數，所以TD處理工藝條下的碳化物皮膜成長過程由基體中碳原子的擴散所控制，服從于一般的化學熱處理的熱擴散方程，即：皮膜生長速率和擴散溫度之間呈指數關系，和基體中碳原子的擴散呈線性比例關系。

通常，TD處理的溫度應與基體的最佳淬火溫度相匹配，在處理完成后直接進行基體淬火硬化，避免因加熱基體帶來的硬度、強度的變化。

2-2-2. 處理時間對TD層厚度的影響

處理時間對TD皮膜厚度的影響遵循下式：

d 2 = kt

式中：d—TD皮膜的厚度（cm）；

t—處理時間（s）；

k—TD皮膜增長系數（cm2/s）

可見，TD皮膜厚度與處理時間的平方根成線性關系。

在化學熱處理中，擴散物質的流量是不穩定的，擴散層各點的濃度和濃度梯度都是隨時間而變化的，屬于非穩態擴散。當工件表面為近似平面時，可以視為滲入元素在基體金屬表面的濃度基本保持恒定，則擴散系數與擴散物質濃度無關，即在給定條件下，化學熱處理的擴散層深度與擴散時間的平方根成正比。實際生產中，處理時間的長短也意味著生產周期和加工成本。

2-2-3. 鋼的成分對TD皮膜厚度的影響

鋼中的含碳量是影響TD皮膜厚度的主要因素之一。相同處理條件下，TD皮膜厚度隨基體含碳量的增加而增厚，近似成直線關系，溫度越高，TD皮膜厚度增加越明顯，皮膜的成長速度隨基體中固溶碳含量的增大而增大。

鋼中的合金元素對皮膜厚度的影響要區別看待，有研究觀點認為：根據合金元素對碳元素親和力的強弱，分為：非碳化物形成元素（Si、Cu、Ni、Co）、弱碳化物形成元素（Mn、Cr）、強碳化物形成元素（V、Ti、W、Mo），強碳化物形成元素有阻礙碳的擴散的作用，使TD皮膜形成減緩；非/弱碳化物形成元素阻礙作用小對TD皮膜形成有利。

2-3.TD皮膜的特性

以熱反應、析出、擴散的方式生成的碳化物皮膜的元素種類很多：V、Cr、Nb、Ti等，可形成VC，NbC，Cr7C3，TiC 等碳化物，而且，可通過改變鹽浴試劑改變形成的碳化物類型。

經TD處理形成的皮膜僅由碳化物組成，它幾乎不降低基體的韌性，被覆碳化合物層的鋼的表面呈現出碳化物固有的性能，并且即使處理溫度的不同、處理基體不同也不會改變皮膜成分。皮膜具有較高的熱硬性、耐熱磨損性、抗熱粘附性、高溫抗氧化性和熱韌性，并且內部的強度與基體鋼一致。其中釩（V）碳化物更表現出極高的硬度、結合力、低摩擦系數，被廣泛應用在汽車沖壓領域。

自豐田中央研究所開發出TD處理法以來，行業內對鹽浴配方本身做了大量科研工作，提出多種實驗研究方向，經過市場化運作后，最終以硼砂鹽浴+釩（V）反應劑為組合的處理法憑借其穩定的工藝性得以發展（下圖2）。

3本篇重點講述汽車沖壓模具的TD處理工藝性。

利用TD皮膜的特性，汽車沖壓成型零件加工中通常在拉延、整形、沖裁等工序模具中使用到TD處理，我們結合TD工藝來談談選材的要求。