模具氮化處置手藝

氣體滲氮在1923年擺布，由德國人Fry首度研究成長 并加以工業(yè)化。由于經(jīng)本法處置的成品 具有優(yōu)異的耐磨性、耐委靡性、耐蝕性及耐高溫，其運用 規(guī)模逐步 擴(kuò)年夜 。例如鉆頭、螺絲攻、擠壓模、壓鑄模、鍜壓機(jī)用鍜造模、螺桿、連桿、曲軸、吸氣及排氣活門及齒輪凸輪等均有使用。

1、 氮化用鋼簡介

傳統(tǒng)的合金鋼猜中之鋁、鉻、釩及鉬元素對滲氮甚有扶助。這些元素在滲氮溫度中，與初生態(tài)的氮原子接觸時，就生成安寧 的氮化物。特別 是鉬元素，不但 作為生成氮化物元素，亦作為下降 在滲氮溫度時所發(fā)生的脆性。其它合金鋼中的元素，如鎳、銅、硅、錳等，對滲氮特征 并沒有 多年夜 的扶助。一般而言，如果鋼猜中含有一種或多種的氮化物生成元素，氮化后的效果比力精良。個中 鋁是最強(qiáng)的氮化物元素，含有0.85～1.5％鋁的滲氮效果 最好 。在含鉻的鉻鋼而言，如果有足夠的含量，亦可獲得 很好的效果。但沒有含合金的碳鋼，因其生成的滲氮層很脆，容易剝落，不合適 作為滲氮鋼。

一般經(jīng)常使用 的滲氮鋼有六種以下 ：

（1）含鋁元素的低合金鋼（尺度 滲氮鋼）

（2）含鉻元素的中碳低合金鋼 SAE 4100，4300，5100，6100，8600，8700，9800系。

（3）熱作模具鋼（含約5％之鉻） SAE H11 （SKD – 61H12，H13

（4）肥粒鐵及麻田散鐵系不銹鋼 SAE 400系

（5）奧斯田鐵系不銹鋼 SAE 300系

（6）析出硬化型不銹鋼 17 - 4PH17 – 7PHA – 286等

含鋁的尺度 滲氮鋼，在氮化后雖可獲得 很高的硬度及高耐磨的表層，但其硬化層亦很脆。相反的，含鉻的低合金鋼硬度較低，但硬化層即比力有韌性，其輪廓亦有相當(dāng)?shù)哪湍バ约澳褪男?。是?選用材料時，宜注重材料之特征，充實使用其長處 ，俾相符 零件之功能。至于東西鋼如H11（SKD61）D2（SKD – 11），即有高輪廓硬度及高心部強(qiáng)度。

2、 氮化處置手藝 ：

調(diào)質(zhì)后的零件，在滲氮處置前須透澈 清洗清潔 ，茲將包羅清洗的滲氮工作法式 分述以下 ：

（1）滲氮前的零件輪廓清洗

年夜 部門零件，可使 用氣體去油法去油后連忙 滲氮。但在滲氮前之最后加工方式 若采取 拋光、研磨、磨光等，便可 能發(fā)生 阻礙滲氮的輪廓層，導(dǎo)致 滲氮后，氮化層不平均 或發(fā)生曲折 等缺點 。此時宜采

用以下 二種方式 之一去除輪廓層。第一種方式 在滲氮前起首 以氣體去油。然后使用氧化鋁粉將輪廓作abrassive cleaning 。第二種方式 行將 輪廓加以磷酸皮膜處置（phosphate coating）。

（2）滲氮爐的清掃 空氣

將被處置零件置于滲氮爐中，并將爐蓋密封后便可 加熱，但加熱至150℃之前 須作爐內(nèi)清掃 空氣工作。

清掃 爐內(nèi)的首要 功用是避免 氨氣分化 時與空氣接觸而發(fā)生爆炸性氣體，及避免 被處置物及支架的輪廓氧化。其所使用的氣體即有氨氣及氮氣二種。

清掃 爐內(nèi)空氣的方法 以下 ： （1）被處置零件裝妥后將爐蓋封好，最先 通無水氨氣，其流量盡可能 可能多。 （2）將加熱爐之主動 溫度節(jié)制 設(shè)定在150℃并最先 加熱（注重爐溫不克不及 高于150℃）。 （3）爐中之空氣清掃 至10％以下，或排出之氣體含90％以上之NH3時，再將爐溫升高至滲氮溫度。

（3）氨的分化 率

滲氮是鋪及其它合金元素與初生態(tài)的氮接觸而進(jìn)行，但初生態(tài)氮的發(fā)生 ，即因氨氣與加熱衷 的鋼料接觸時鋼料自己 成為觸媒而增進(jìn) 氨之分化 。

固然 在各類 分化 率的氨氣下，皆可滲氮，但一般皆采取 15～30％的分化 率，并按滲氮所需厚度最少 連結(jié) 4～10小時，處置溫度即連結(jié) 在520℃擺布。

（4）冷卻

年夜 部分 的工業(yè)用滲氮爐皆具有熱互換幾，以期在滲氮工作完成后加以急速冷卻加熱爐及被處置零件。即滲氮完成后，將加熱電源封閉 ，使?fàn)t溫下降 約50℃，然后將氨的流量增添 一倍后最先 啟開熱互換機(jī)。此時須注重不雅 察接在排氣管上玻璃瓶中，是不是 有氣泡溢出，以確認(rèn)爐內(nèi)之正壓。等待 導(dǎo)入爐中的氨氣安寧 后，便可 削減 氨的流量至連結(jié) 爐中正壓為止。當(dāng)爐溫下降至150℃以下時，即便 用前面所述之清掃 爐內(nèi)氣體法，導(dǎo)入空氣或氮氣后方可啟開爐蓋。

3、 氣體氮化手藝 ：

氣體氮化系于1923年由德國AF ry 所揭曉，將工件置于爐內(nèi)，利NH3氣直接輸進(jìn)500～550℃的氮化爐內(nèi)，連結(jié) 20～100小時，使NH3氣分化 為原子狀況 的（N）氣與（H）氣而進(jìn)行滲氮處置，在使鋼的輪廓發(fā)生 耐磨、耐侵蝕 之化合物層為首要 目標(biāo) ，其厚度約為0.02～0.02m／m，其性質(zhì)極硬Hv 1000～1200，又極脆，NH3之分化 率視流量的年夜 小與溫度的凹凸 而有所改變，流量愈年夜 則分化 度愈低，流量愈小則分化 率愈高，溫度愈高分化 率愈高，溫度愈低分化 率亦愈低，NH3氣在570℃時經(jīng)熱分化 以下 ：

NH3 →〔N〕Fe + 2/3 H2

經(jīng)分化 出來的N，隨而分散進(jìn)入鋼的輪廓構(gòu)成 。相的Fe2 - 3N氣體滲氮，一般錯誤謬誤為硬化層薄而氮化處置時候 長。

氣體氮化因分化 NH3進(jìn)行滲氮效力 低，故一般均固定選用合用 于氮化之鋼種，如含有Al，Cr，Mo等氮化元素，不然 氮化幾沒法 進(jìn)行，一般使用有JIS、SACM1新JIS、SACM645及SKD61以強(qiáng)韌化處置又稱調(diào)質(zhì)因Al，Cr，Mo等皆為提高反常點溫度之元素，故淬火溫度高，回火溫度亦較通俗 之組織 用合金鋼高，此乃在氮化溫度長時候 加熱之間，發(fā)生回火脆性，故預(yù)先施以調(diào)質(zhì)強(qiáng)韌化處置。NH3氣體氮化，由于 時候 長輪廓粗拙 ，硬而較脆不容易 研磨，并且 時候 長不經(jīng)濟(jì)，用于塑料射出形機(jī)的送料管及螺旋桿的氮化。

4、 液體氮化手藝 ：

液體軟氮化首要 分歧 是在氮化層里之有Fe3Nε相，F(xiàn)e4Nr相存在而不含F(xiàn)e2Nξ相氮化物，ξ相化合物硬脆在氮化處置上是不良于韌性的氮化物，液體軟氮化的方式 是將被處置工件，先除銹，脫脂，預(yù)熱后再置于氮化坩堝內(nèi)，坩堝內(nèi)是以TF – 1為主鹽劑，被加溫到560～600℃處置數(shù)分至數(shù)小時，依工件所受外力負(fù)荷年夜 小，而決議氮化層深度，在處置中，必需 在坩堝底部通入一支空氣管以必然 量之空氣氮化鹽劑分化 為CN或CNO，滲入滲出 分散至工作輪廓，使工件輪廓最外層化合物8～9％wt的N及少許 的C及分散層，氮原子分散入α – Fe基地中使鋼件更具耐委靡性，氮化時代 由于CNO之分化 耗損，所以賡續(xù) 要在6～8小時處置中化驗鹽劑成分 ，以便調(diào)劑 空氣量或插足新的鹽劑。

液體軟氮化處置用的材料為鐵金屬，氮化后的輪廓硬度以含有 Al，Cr，Mo，Ti元素者硬度較高，而其含金量愈多而氮化深度愈淺，如炭素鋼Hv 350～650，不銹鋼Hv 1000～1200，氮化鋼Hv 800～1100。

液體軟氮化合用 于耐磨及耐委靡等汽車零件，縫衣機(jī)、拍照 機(jī)等如氣缸套處置，氣門閥處置、活塞筒處置及不容易 變形的模具處。采取 液體軟氮化的國度 ，西歐列國 、美國、蘇俄、日本、臺灣。

5、 離子氮化手藝 ：

此一方式 為將一工件放置于氮化爐內(nèi)，預(yù)先將爐內(nèi)抽成真空達(dá)10-2～10-3 Torr（㎜Hg）后導(dǎo)入N2氣體或N2 + H2之夾雜 氣體，調(diào)劑 爐內(nèi)達(dá)1～10 Torr，將爐體接上陽極，工件接上陰極，南北極 間通以數(shù)百伏之直流電壓，此時爐內(nèi)之N2氣體則發(fā)生輝煌 放電成正離子，向工作輪廓移動，在剎時 陰極電壓急劇下降，使正離子以高速沖向陰極輪廓，將動能轉(zhuǎn)變成 氣能，使得工件去面溫度得以上升，因氮離子的沖擊后將工件輪廓打出Fe.C.O.等元素飛濺出來與氮離子連系 成FeN，由此氮化鐵逐步 被吸附在工件上而發(fā)生 氮化感化 ，離子氮化在根基 上是采取 氮氣，但如果 添加碳化氫系氣體則可作離子軟氮化處置，但一般統(tǒng)稱離子氮化處置，工件輪廓氮氣濃度可改變爐內(nèi)充填的夾雜 氣體（N2 + H2）的分壓比調(diào)理 得之，純離子氮化時，在工作輪廓得單相的r′（Fe4N）組織含N量在5.7～6.1％wt，厚層在10μn之內(nèi) ，此化合物層強(qiáng)韌而非多孔質(zhì)層，不容易 脫落，由于氮化鐵賡續(xù) 的被工件吸附并分散至內(nèi)部，由輪廓至內(nèi)部的組織即為FeN → Fe2N → Fe3N→ Fe4N按次轉(zhuǎn)變 ，單相ε（Fe3N）含N量在5.7～11.0％wt，單相ξ（Fe2N）含N量在11.0～11.35％wt，離子氮化起首 生成r相再添加碳化氫氣系時使其釀成 ε相之化合物層與分散層，由于分散層的增添 對委靡強(qiáng)度的增添 有許多 助。而蝕性以ε相最好 。

離子氮化處置的度可從350℃最先 ，由于斟酌 到材質(zhì)及其相干 機(jī)械性質(zhì)的選用途 置時候 可由數(shù)分鐘乃至 于長時候 的處置，本法與曩昔 使用熱分化 方化學(xué)反映而氮化的處置法分歧 ，本法系使用高離子能之故，曩昔 認(rèn)難堪 處置的不銹鋼、鈦、鈷等材料也能簡單的施以優(yōu)異 的輪廓硬化處置。