享有中國“汽車城”之稱的—中國第一汽車集團公司，2016年，一汽生產整車317.5萬輛，同比增長12.3%，累計終端銷售314.8萬輛，同比增長11%。

隨著汽車年產量的增加，作為汽車發動機主要傳動部件的連桿產量也隨之增加，連桿屬于長軸類精密鍛件，其作用是把活塞與曲軸聯接起來，使活塞的往復直線運動變為曲柄的回轉運動，以輸出動力。

在如此巨大的需求量下，對模具的使用壽命和工件的成型率都提出了更高的要求。按照磨損機理，磨損包括磨粒磨損、粘著磨損、疲勞（含冷熱疲勞和機械疲勞）磨損、氧化（腐蝕或化學）磨損。研究鍛模的失效是要找到失效的根本原因，在使用過程中卻發現以下問題：

1）磨蝕

在模鍛加載過程中，模膛表面與熱坯料的熱傳導加劇、金屬流動與模膛表面摩擦產生巨大的熱效應，在二者的共同作用下，會引起很高的瞬時溫升，產生氧化反應。氧化反應所形成的氧化膜在鍛造載荷和金屬流動沖刷作用下會剝落，成為磨粒。如果模膛表面的瞬時溫升使模具材料軟化或熔融時，沿模膛表面流動的金屬就會將模具的已軟化或熔融部位沖刷起皺、加速腐蝕，形成凹坑。

模具在正常使用情況下，在高溫、高壓條件下的模膛表面，由于氧化皮、潤滑劑中的硬質顆粒及其他固體顆粒等隨金屬流動的沖刷以及環境介質的腐蝕，引起模具表面機械磨損、氧化、腐蝕和熔融，這些統稱為磨蝕。磨蝕大多以較緩慢的速度進行，其主要特征是外圓角和棱角半徑增大、平面下凹或出現凹坑、表面溝痕、剝落和粘模等。

2）粘著

當鍛造潤滑不充分時，工件和模具的相對滑動表面在摩擦力的作用下，氧化膜破裂，新鮮金屬表面裸露出來，在分子力的作用下，兩個表面發生焊合。若變形蓮荷不能克服焊點的結合力，工件將粘附在模具上；若變形載荷能夠克服焊點的結合力，工件將被撕裂，部分工件金屬粘附在模具上。按照磨損機理，粘著是磨損的一種形式。

3）機械疲勞裂紋

機械疲勞裂紋及其形貌：鍛模在長期連續使用過程中，由于脈沖負荷的作用，在應力最高的薄弱部位逐漸疲勞，萌生微裂紋。微裂紋進一步擴展成為機械疲勞裂紋，繼續使用該模具，裂紋變得越來越大，最后模具突然斷裂破壞。

4）塑性變形

模具在生產過程中承受有大的不均勻應用，當模具的某個部位的應用超過當時溫度下模具材料的屈服強度時，則發生塑性變形，從而改變模具的幾何形狀或尺寸，造成模具失效。

    在現實生產中，通過一汽鍛造有限公司工裝夾具部劉繼紅部長的介紹，我們了解到，熱鍛模具加工頻度為60次/分鐘，使用壽命僅有4000次，是生產過程中最大的損耗品。如果能延長鍛造模具的服役周期，將為企業降低二次維護的成本并提高生產效率。

與會中，通過一汽鍛造有限公司工裝夾具部部長的介紹，我們了解到，熱鍛模具加工頻度為60次/分鐘，使用壽命僅有4000次，是生產過程中最大的損耗品。如果能延長鍛造模具的服役周期，將為企業降低二次維護的成本并提高生產效率。

針對一汽鍛造的生產難題，公司聯合課題組立即對PVD的現有工藝進行研發。課題組研制開發一種真空電弧的新型AlTiCr(Y)N稀土五組元耐高溫耐磨涂層。在生產檢驗中發現，凹模熱擠壓高強鋼件10000次后，內壁上仍沒有出現粘著磨損現象，只出現很淺的輕微擦傷，成形的高強鋼件仍符合質量要求?？梢?，AlTiCr(Y)N涂層，有極強的抗氧化性和耐高溫性。

通過現場調研，我們得知汽車高強鋼熱擠壓成形，需要把鋼材加熱到1200℃左右，采用凸模和凹模配合使用，將之擠壓成特定形狀。在擠壓過程中，凸模沖壓鋼材使之變形并從凹模內部穿過，同時噴水強制冷卻，工作頻率超過1件/秒。生產中發現，凸模雖受力較大，但冷卻較好，滲氮處理后壽命可達4000件以上，失效模式以熱疲勞為主；而凹模處于整套系統的內部，冷卻條件不好，高強鋼件在此處仍能達到800℃以上，滲氮后凹模使用壽命僅有凸模的1/4，其損傷模式以粘著磨損和劃傷為主。針對該類型模具，提高凹模內壁的耐磨損壽命，使得凹模凸模壽命相當，對于提高生產效率、降低生產成本尤其重要。

分析凹模內壁損傷失效模式可知，高強鋼材穿過凹模的時候，溫度高，鋼件和模具內壁表面都較軟，在高壓應力作用下易發生粘著，造成粘著磨損；同時，鋼件相對于模具表面有劇烈的金屬流動，這種金屬流動的切應力和壓縮應力的合力把模具表面切成小溝槽，如凹模內壁被氧化時，已軟化的部位還會被速流動的金屬“沖刷”出大溝槽，形成劃傷。凹模內壁的這兩種損傷形式要求其表面需要耐粘著、抗氧化、高硬度等綜合性能。

 新涂層AlTiCr(Y)N的核心點在于涂層與基體表面需要耐粘著、抗氧化、高硬度等綜合性能。表面涂層其使用溫度可達到1050℃；涂層維氏硬度可達到Hv3000以上。并表現出較好的紅硬性和高溫穩定性，在H13材料未涂層1000℃下氧化10h增重為73mg/cm2,TiAlN薄膜1000℃下氧化10h增重為9.03mg/cm2， AlTiCr(Y)N薄膜1000℃下氧化10h增重為0.84mg/cm2；涂層凹模的使用壽命是普通未涂層凹模使用壽命的4倍以上。