TD处理技术是一项因汽车产业而生，依靠汽车产业而发展的表面热处理技术。自上世纪七十年代丰田中央研究所提出并研发成功以来，一直是汽车业界极受重视的技术。技术形成的早期，由于其在汽车业的巨大工业优势，日本工业界也逐渐将灵活应用于各个工业领域中，在当时日本有“TDの活用”一词，显示其广泛的用途，像制管、纺织机械、农机、钢铁等行业。随着科学技术的进步，后继的离子注入、物理沉积等新技术的蓬勃发展，使得TD技术在一些领域中逐渐退出。

TD处理属于奥氏体化温度以上的高温表面改性技术，不可避免的产生工件形变，但是TD处理凭借其“工艺稳定，无毒害气体，环保性好、性价比高”等优势，以及强大冶金结合力的超硬皮膜，使其仍牢牢占据汽车冲压领域，仍然是世界三大汽车市场中国、美国、日本的汽车冲压模具厂表面处理广泛采用的技术，中国、美国、日本均有较大规模的TD处理供应商（中国和胜金属、美国Tool Dynamics、日本ト-カロ株），其技术源头都是丰田中央研究所。

中国汽车市场的蓬勃发展，产销量逐年攀升，在强劲的内需和逐渐发展的零部件外销的双重拉动下，自动化高速冲压和高强度板冲压两项技术龙头迅猛发展。在此背景下，TD处理技术非常贴合中国国情，相信在目前乃至未来一段时期仍然具有强大的生命力。

2 TD处理的形成机理

2-1以热反应、析出、扩散方式在钢件表面进行皮膜硬化的处理方法（Thermal Diffusion Carbide Coating Process），形成一层金属碳化物皮膜（5–15μm），TD处理层的形成一般经过反应、析出、扩散三个过程，可以用（下图1）示意图说明碳化物皮膜的形成机理。

图1

①   盐浴中发生化学反应生成活性钒原子；

②   基体表面的碳原子发生析出，与吸附在钢件表面的活性钒原子形核，开始生成碳化物皮膜；

③   钒与碳的相对扩散使其长大过程不断进行，致使皮膜不断增厚；

这种通过扩散而形成新相的过程，称为热反应扩散。

2-2 影响TD碳化物皮膜品质的因素

2-2-1. 处理温度对TD皮膜厚度的影响

根据丰田中央研究所的研究表明，在相同温度条件下，生成碳化物层的化学反应的活化能远低于扩散活化能，碳原子在皮膜中的扩散系数远低于碳原子在奥氏体基体中的扩散系数，所以TD处理工艺条下的碳化物皮膜成长过程由基体中碳原子的扩散所控制，服从于一般的化学热处理的热扩散方程，即：皮膜生长速率和扩散温度之间呈指数关系，和基体中碳原子的扩散呈线性比例关系。

通常，TD处理的温度应与基体的最佳淬火温度相匹配，在处理完成后直接进行基体淬火硬化，避免因加热基体带来的硬度、强度的变化。

2-2-2. 处理时间对TD层厚度的影响

处理时间对TD皮膜厚度的影响遵循下式：

d 2 = kt

式中：d—TD皮膜的厚度（cm）；

t—处理时间（s）；

k—TD皮膜增长系数（cm2/s）

可见，TD皮膜厚度与处理时间的平方根成线性关系。

在化学热处理中，扩散物质的流量是不稳定的，扩散层各点的浓度和浓度梯度都是随时间而变化的，属于非稳态扩散。当工件表面为近似平面时，可以视为渗入元素在基体金属表面的浓度基本保持恒定，则扩散系数与扩散物质浓度无关，即在给定条件下，化学热处理的扩散层深度与扩散时间的平方根成正比。实际生产中，处理时间的长短也意味着生产周期和加工成本。

2-2-3. 钢的成分对TD皮膜厚度的影响

钢中的含碳量是影响TD皮膜厚度的主要因素之一。相同处理条件下，TD皮膜厚度随基体含碳量的增加而增厚，近似成直线关系，温度越高，TD皮膜厚度增加越明显，皮膜的成长速度随基体中固溶碳含量的增大而增大。

钢中的合金元素对皮膜厚度的影响要区别看待，有研究观点认为：根据合金元素对碳元素亲和力的强弱，分为：非碳化物形成元素（Si、Cu、Ni、Co）、弱碳化物形成元素（Mn、Cr）、强碳化物形成元素（V、Ti、W、Mo），强碳化物形成元素有阻碍碳的扩散的作用，使TD皮膜形成减缓；非/弱碳化物形成元素阻碍作用小对TD皮膜形成有利。

2-3.TD皮膜的特性

以热反应、析出、扩散的方式生成的碳化物皮膜的元素种类很多：V、Cr、Nb、Ti等，可形成VC，NbC，Cr7C3，TiC 等碳化物，而且，可通过改变盐浴试剂改变形成的碳化物类型。

经TD处理形成的皮膜仅由碳化物组成，它几乎不降低基体的韧性，被覆碳化合物层的钢的表面呈现出碳化物固有的性能，并且即使处理温度的不同、处理基体不同也不会改变皮膜成分。皮膜具有较高的热硬性、耐热磨损性、抗热粘附性、高温抗氧化性和热韧性，并且内部的强度与基体钢一致。其中钒（V）碳化物更表现出极高的硬度、结合力、低摩擦系数，被广泛应用在汽车冲压领域。

自丰田中央研究所开发出TD处理法以来，行业内对盐浴配方本身做了大量科研工作，提出多种实验研究方向，经过市场化运作后，最终以硼砂盐浴+钒（V）反应剂为组合的处理法凭借其稳定的工艺性得以发展（下图2）。

3本篇重点讲述汽车冲压模具的TD处理工艺性。

利用TD皮膜的特性，汽车冲压成型零件加工中通常在拉延、整形、冲裁等工序模具中使用到TD处理，我们结合TD工艺来谈谈选材的要求。