包管 鋁材模具氮化質(zhì)量提高利用 壽命的方式

氮化是鋼件皮相改性強(qiáng)化處置的工藝方式 之一。今世輝光離子氮化、雙程氮化、三段氮化和預(yù)氧化雙程氮化及催滲氮化等方式 成長(zhǎng) 了傳統(tǒng)氮化工藝,使氮化質(zhì)量到達(dá) 了新程度 。

將氮化介質(zhì)氨氣通入氮化爐中,加熱至500～6000℃發(fā)生熱分化 :2NH3≒2[N]+3H2。分化 活性[N]原子被鋼件皮相接收 ,并向金屬內(nèi)部散布 ,起首 消融 在α-Fe中構(gòu)成 固溶體,飽和后逐步 構(gòu)成 氮化物層。滲氮層具有高硬度、高耐磨、高抗疲憊 強(qiáng)度和較高抗蝕性及熱處置畸變小等特點(diǎn),普遍 利用于模具制造業(yè)。模具經(jīng)氮化處置后,可成倍、乃至 數(shù)倍提高模具利用 壽命。但在現(xiàn)實(shí) 出產(chǎn)中,因各種 緣由 會(huì)發(fā)生 各類 各樣的氮化缺點(diǎn) ,本文闡發(fā)了其發(fā)生 緣由 ,并提出了響應(yīng) 的消弭 辦法 。

傳統(tǒng)的合金鋼估中 之鋁、鉻、釩及鉬元素對(duì)滲氮甚有幫忙。這些元素在滲氮溫度中，與初生態(tài)的氮原子接觸時(shí)，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(shí)所發(fā)生的脆性。其他合金鋼中的元素，如鎳、銅、硅、錳等，對(duì)滲氮特征 并沒(méi)有 多年夜 的幫忙。一般而言，如果鋼估中 含有一種或多種的氮化物生成元素，氮化后的結(jié)果 對(duì)照 優(yōu)秀。此中鋁是最強(qiáng)的氮化物元素，含有0.85～1.5%鋁的滲氮后果最好 。在含鉻的鉻鋼而言，如果有足夠的含量，亦可獲得 很好的結(jié)果 。

模具氮化處置現(xiàn)場(chǎng)

1滲氮層硬渡過(guò) 低

緣由 ———氮化鋼化學(xué)成份 不符或混料;鋼件未經(jīng)調(diào)質(zhì)預(yù)處置,未獲得氮化前所需細(xì)密的回火索氏體組織,或雖經(jīng)調(diào)質(zhì)預(yù)處置,但基體組織硬度低,滲氮硬化層如附在薄冰上;控溫儀表失靈,致使 氮化溫渡過(guò) 高和氮化強(qiáng)滲期NH3分化 率偏高,爐內(nèi)氮氛圍 太低 或氮化箱內(nèi)氨氣含水過(guò)量,對(duì)NH3分化 起“一觸媒”感化 。出產(chǎn)實(shí)踐表白,當(dāng)NH3分化 率≥65%～70%時(shí),介質(zhì)中氫氣含量增添 ,會(huì)阻礙工件皮相氮化物形核,下降 工件皮相吸氮能力,鋼件表層含氮量低,滲氮件皮相有油污、氧化皮和脫碳層未去除,或利用 新的滲氮罐及滲氮罐久用未經(jīng)退氮;滲氮爐密封不嚴(yán)、漏氣等,都邑 造成氮化層硬渡過(guò) 低。

辦法 ———嚴(yán)酷搜檢 滲氮鋼材,投產(chǎn)前對(duì)滲氮鋼進(jìn)行化學(xué)成份 復(fù)查,及格 后再投產(chǎn);氮化前必需 對(duì)鋼件進(jìn)行調(diào)質(zhì)預(yù)處置,以獲得平均 細(xì)密的回火索氏體組織和所需硬度,調(diào)質(zhì)回火溫度應(yīng)略高于滲氮溫度,確保滲氮后鋼基體硬度不下降 ;選用WJ21型微機(jī)控溫儀,控溫精度在±1.5℃之內(nèi),確保滲氮溫度正確 無(wú)誤。滲氮前工件噴細(xì)砂處置,去除氧化皮、脫碳層和污物,并搜檢 滲氮爐密封性,發(fā)現(xiàn)漏氣實(shí)時(shí) 補(bǔ)綴 或替換 ;選用琺瑯 罐,對(duì)不銹鋼罐應(yīng)先空罐氮化后啟用,對(duì)久用氮化罐及工夾具要退氮后再用;氮化進(jìn)程 中要遲緩 升溫加熱,恰當(dāng) 加年夜 NH3流量,下降 NH3分化 率使之≤50%。返修時(shí)清算 清潔 滲氮工件皮相后,修訂氮化工藝,補(bǔ)滲氮一次,以到達(dá) 手藝 要求。

2滲氮層淺

緣由 ———滲氮爐有用 加熱區(qū)溫差年夜 ,且不平均 ;鋼件皮相有油污,滲氮件裝爐欠妥 ;鋼件之間過(guò)密,乃至 層疊,使進(jìn)氣管道梗塞 ,氣流不順暢 ;第一階段強(qiáng)滲期,NH3分化 率不不變,有時(shí)太高 ,有時(shí)太低 ;第二階段散布 溫渡過(guò) 低、保溫時(shí)候 不足等身分 都邑 造成滲氮層淺,且不平均 。

辦法 ———疏浚 管道閥門,不變節(jié)制 NH3分化 率在20%～40%之間,使之發(fā)生 的活性[N]原子根基 上與鋼件皮相吸[N]量及[N]的散布 量均衡 ;細(xì)密控溫,有用 加熱區(qū)溫差不年夜 于±1.5℃和耽誤 散布 時(shí)候 ;滲氮件公道 裝掛,包管 工件間氨氣平均 通順 ,滲氮爐應(yīng)嚴(yán)酷密封,確保爐內(nèi)氮氛圍 輪回 正常;采取 催滲氮化,滲劑中插手適當(dāng) NH4Cl和RE(稀土)元素等催滲劑,選用鍍Ti氮化,鋼件皮相先鍍Ti,因Ti與N親和力強(qiáng),構(gòu)成 Ti在Fe中固溶體,敏捷 構(gòu)成 平均 氮化層。出產(chǎn)實(shí)踐表白,新工藝與傳統(tǒng)工藝比,能敏捷 生成厚且平均 的氮化層,滲層深度增添 25%～40%,出產(chǎn)周期縮短近一半,節(jié)電40%～50%。

返修處置,用汽油或酒精清算 清潔 滲氮皮相,嚴(yán)酷按原第二階段散布 工藝補(bǔ)滲氮一次以到達(dá) 質(zhì)量指標(biāo)。

3滲氮層硬度不均,有軟點(diǎn)

緣由 ———原材料化學(xué)成份 不平均 ,偏析嚴(yán)重,晶粒粗年夜 (≤7級(jí)),奧氏體呈長(zhǎng)條狀;鋼中鐵素體呈年夜 塊狀和雜質(zhì)含量超標(biāo),致使 淬火組織粗年夜 和塊狀鐵素體未消融 及調(diào)質(zhì)回火溫渡過(guò) 高;原材料脫碳層未加工和鋼件皮相污物未除凈;爐內(nèi)溫度不平均 ,鋼件裝掛欠妥 ,間距小,互相 接觸,氣管梗塞 氨氣不順暢 ;局部滲氮鋼件鍍錫層過(guò)厚或連系 不牢。電扇 轉(zhuǎn)速太快、震動(dòng)年夜 造成流錫等,上述緣由 會(huì)致使 滲氮面發(fā)生 亮塊、亮點(diǎn)、硬度等不均,因?yàn)?機(jī)能 不不變,軟點(diǎn)處硬度低,先造成磨損,構(gòu)成 溝槽而致使模具失效。

辦法 ———選用爐外精辟鋼、電渣重熔鋼、真空熔煉鋼,這些材料具有貞潔 度高、雜質(zhì)少、晶粒細(xì)、碳化物小、化學(xué)成份 和組織平均 、等向機(jī)能 好等特點(diǎn);采取 細(xì)密儀表控溫,分段控溫,公道 結(jié)構(gòu) 電阻絲,確保爐膛各部位溫度平均 一致;留足冷切削加工余量去除脫碳層;公道 裝掛,使鋼件之間留空地,確保氨氣輪回 平均 通順 ;鋼件調(diào)質(zhì)淬火加熱在真空電爐、珍愛(ài) 氛圍 爐或鹽浴爐中進(jìn)行,避免 氧化脫碳;嚴(yán)酷節(jié)制 鍍錫層厚度,以0.010～0.015mm為好 ;下降 電扇 轉(zhuǎn)速,避免較年夜 震動(dòng)。返修時(shí)清算 清潔 滲氮層皮相后,從頭制定 滲氮工藝補(bǔ)滲氮一次到達(dá) 質(zhì)量指標(biāo)。

4氮化鋼件畸變

緣由 ———鋼件設(shè)計(jì)不公道 ,較多尖角銳邊,厚薄差異 過(guò)年夜 ;氮化前鋼件存在較年夜 組織應(yīng)力和機(jī)械冷加工應(yīng)力未消弭 ;滲氮爐內(nèi)溫度不平均 ,加熱升溫速渡過(guò) 快,鋼件出爐時(shí)冷卻速度年夜 ;鋼件裝掛不公道 與滲氮面差錯(cuò)稱;滲氮層比容較年夜 ,發(fā)生 組織應(yīng)力與滲氮層厚度成正比,滲氮層愈厚,發(fā)生 組織應(yīng)力與比容愈年夜 。

鋼件在上述多種應(yīng)力感化 下易發(fā)生畸變,微量畸變可經(jīng)由過(guò)程 最后磨削加工去除,而超差畸變則影響裝配和利用 壽命,乃至 成為廢品,是以 必需 把畸變節(jié)制 在公役 局限 內(nèi)。

辦法 ———改善 設(shè)計(jì),增添 工藝孔和增強(qiáng) 筋,用圓角取代 尖角銳邊,削減 應(yīng)力集中,并盡可能 使鋼件對(duì)稱,避免厚薄差異 過(guò)年夜 ;氮化前在稍低于調(diào)質(zhì)回火溫度下回火1～2h,消弭 冷加工應(yīng)力;公道 裝掛鋼件,確保氨氣輪回 通順 ,不氮化易畸變部位留加工余量,以便氮化后去除畸變部位;鋼件低溫入爐,遲緩 升溫,升溫速度以50～70℃/h為好 ,冷卻時(shí)隨爐降溫至≤200℃出爐空冷,下降 熱應(yīng)力與組織應(yīng)力;選擇適合滲氮方式 ,制定 公道 滲氮工藝,對(duì)易畸變復(fù)雜鋼件選用輝光離子氮化等辦法 ,確保氮化鋼件畸變?cè)诠?局限 內(nèi)或無(wú)畸變。返修時(shí)應(yīng)使易校訂 的畸變鋼件置于稍低于氮化溫度下加熱保溫,熱透后熱校訂 ,校訂 落后 行400～420℃×2h去應(yīng)力退火處置。

5氮化層耐侵蝕 性差

緣由 ———當(dāng)?shù)摷は鄻?gòu)成 一層致密的、化學(xué)不變性很高的ε相層(厚約0.015～0.060mm)時(shí),鋼件有優(yōu)秀的抗侵蝕 機(jī)能 ,但ε相層過(guò)薄(0.06mm)時(shí),均會(huì)下降 抗侵蝕 機(jī)能 。實(shí)行 表白,ε相層含氮量在6.1%～8.5%時(shí)均有較好抗蝕機(jī)能 ;但當(dāng)ε相層含氮量8.5%時(shí),均會(huì)下降 抗蝕性。鋼件皮相有銹蝕、污垢、刀痕、磨痕或爐內(nèi)分化 率太高,發(fā)生 活性[N]原子不足及滲氮時(shí)候 短等,將會(huì)致使 滲氮層皮相氮濃度不足,無(wú)ε相層構(gòu)成 ,或生成有孔隙ε相層,耐侵蝕 機(jī)能 差,下降 模具利用 壽命。

辦法 ———選用DK21型氮?jiǎng)莨?jié)制 儀,以有用 節(jié)制 滲氮層相組織成份 ,構(gòu)成 含氮濃度為6.1%～8.5%、厚度為0.015～0.060mm的致密ε相層;氮化模具應(yīng)預(yù)先調(diào)質(zhì)處置,細(xì)化原始組織,為構(gòu)成 致密ε相層締造 組織前提 ;模具型面應(yīng)磨加工,下降 皮相粗拙 度值;制定 能構(gòu)成 致密ε相層的氮化工藝,選定適合 的NH3分化 率和足夠的滲氮保溫時(shí)候 ;返修時(shí)拋光模具型面,清洗清潔 后按修訂氮化工藝補(bǔ)滲氮一次。

6氮化鋁材模具皮相氧化

緣由 ———鋁材模具經(jīng)氮化后正常色彩 是無(wú)光澤銀灰色,皮相泛起 藍(lán)色、黃色或其他色彩 ,表白已被氧化著色,既影響外不雅 ,又會(huì)影響皮相硬度和耐磨性。造成皮相氧化是因滲氮罐和爐蓋密封不嚴(yán),爐內(nèi)泛起 負(fù)壓,外部空氣倒灌爐內(nèi)和氨氣含水過(guò)量 及滲氮保溫后隨爐冷卻時(shí)供NH3不足,吸入空氣或出爐溫渡過(guò) 高檔 緣由 。爐內(nèi)H2O、CO2、O2在加熱時(shí)便和工件中Fe發(fā)生化學(xué)回響反映 ,使其皮相氧化,生成氧化鐵薄膜:

2Fe+O2→2FeO

Fe+CO2→FeO+CO↑

Fe+H2O→FeO+H2↑

一樣 ,若儀表失靈,爐內(nèi)溫渡過(guò) 高,工件在爐氣感化 下,鋼中碳(C)便和爐氣發(fā)生化學(xué)回響反映 ,使鋼件脫碳:

2Fe(C)+O2→2Fe+2CO

2Fe(C)+CO2→2Fe+2CO

Fe(C)+2H2O→Fe+CH4+O2或Fe(C)+H2O→Fe+H2+CO

辦法 ———滲氮前搜檢 滲氮罐及供氨系統(tǒng)密封性,發(fā)現(xiàn)漏氣應(yīng)實(shí)時(shí) 補(bǔ)綴 或替換 ;NH3含水量應(yīng)≤0.15%為好 ,干燥劑利用 一次后應(yīng)替換 或烘干再用,氨氣分化 測(cè)定儀應(yīng)連結(jié) 優(yōu)秀的工作狀況 ;滲氮進(jìn)程 及竣事 冷卻時(shí)應(yīng)保持 爐內(nèi)正壓,避免發(fā)生 負(fù)壓,模具出爐溫度要≤200℃或滲氮保溫后出爐油冷。如許 既可提高抗疲憊 強(qiáng)度,又可避免氧化。對(duì)已氧化著色的模具,可在拋光消滅 氧化色后按修訂工藝補(bǔ)滲氮一次,使其到達(dá) 手藝 要求。

7氮化鋁材模具皮相侵蝕

緣由 ———傳統(tǒng)的氣體氮化出產(chǎn)周期長(zhǎng)、效力 低、本錢 高,采取 NH4Cl催滲,能有用 縮短出產(chǎn)周期,節(jié)電省時(shí),增添 效益。在氮化溫度下,NH4Cl分化 為NH3和HCl,HCl能侵蝕 失落 金屬皮相氧化膜,削減 活性[N]原子滲透 的阻力,從而加快 氮化進(jìn)程。但如果 過(guò)量侵蝕 會(huì)成為氮化缺點(diǎn) ,毀壞皮相粗拙 度,構(gòu)成 侵蝕 坑,下降 抗疲憊 強(qiáng)度,影響模具利用 壽命。

辦法 ———將固體NH4Cl與烘干后的石英砂依照 1∶200平均 夾雜 后,以0.6～1.0kg/m3(氮化罐容積)裝于氮化罐底部,與模具連結(jié) 必然 距離,避免與模具直接接觸,該辦法 能有用 避免 模具皮相被侵蝕 。返修時(shí)對(duì)稍微 侵蝕 模具經(jīng)拋光消滅 侵蝕 皮相后,用汽油或酒精清洗清潔 ,按正常滲氮工藝補(bǔ)滲氮2～3h,使其到達(dá) 手藝 前提 。

8滲氮層脆性年夜 、起泡剝落有裂紋

緣由 ———原材料有帶狀組織和非金屬夾雜物嚴(yán)重超標(biāo);設(shè)計(jì)欠妥 ,工件尖角銳邊皮相積過(guò)年夜 ,活性[N]原子從多方面同時(shí)滲透 ,氮濃度高,構(gòu)成 ζ脆性相,連系 不牢;滲氮介質(zhì)活性太強(qiáng),皮相接收 年夜 于散布 ,活性[N]原子聚積 在金屬皮相,表層含氮濃渡過(guò) 年夜 (跨越 11.0%),構(gòu)成 ζ脆性相,因ζ相濃度年夜 ,滲層陡,年夜 年夜 減弱 了滲層與基體結(jié)協(xié)力 ,易起泡,在外力和滲后因冷速過(guò)年夜 發(fā)生 較年夜 內(nèi)應(yīng)力的配合 感化 下,引發(fā) 氮化層剝落或發(fā)生 裂紋;NH3含水量過(guò)年夜 ,分化 率不足,強(qiáng)滲溫渡過(guò) 高,時(shí)候 太長(zhǎng) ,或原材料組織粗年夜 ,皮相脫碳等均會(huì)致使 金屬表層濃渡過(guò) 年夜 ,滲氮層過(guò)陡,與基體連系 不牢,使氮化層脆性年夜 ,易起泡,在外力感化 下剝落和碎裂失效。

辦法 ———選用無(wú)帶狀組織,雜質(zhì)少,晶粒細(xì),無(wú)宏不雅 和顯微冶金缺點(diǎn) 的精辟鋼;對(duì)原材料進(jìn)行鑄造 ,擊碎帶狀組織,細(xì)化晶粒,改變非金屬夾雜物描述,消弭 偏析,使之細(xì)化與平均 散布 ;改善 設(shè)計(jì),將尖角銳邊改成圓角;節(jié)制 供NH3量與分化 率及連結(jié) 爐內(nèi)正壓力,使活性[N]原子散布 速度稍年夜 于金屬皮相接收 速度,避免泛起 高氮濃ζ脆性相;NH3流量愈年夜 ,爐內(nèi)逗留 時(shí)候 愈長(zhǎng),NH3分化 率愈高,氨分化 率宜控在30%～50%之間;常常 替換 干燥劑,使氨氣中H2O≤0.02%。采取 細(xì)密多段控溫,連結(jié) 爐內(nèi)溫度平均 ;確保模具工作面皮相粗拙 度Ra為0.2μm;采取 輝光離子氮化等新工藝,縮短強(qiáng)滲期,耽誤 散布 期,可下降 滲層氮濃度,使氮化層平均 ,濃度和硬度梯度由表至內(nèi)均衡 下降 ,可消弭 滲氮層裂紋,增強(qiáng)滲層韌性,下降 脆性和提高滲層與基體結(jié)協(xié)力 ,提高抗沖擊機(jī)能 。返修時(shí)清算 清潔 滲氮皮相后,置于550～560℃氮化爐中保溫10～15h,在較低NH3分化 率氛圍 中散布 處置,再經(jīng)金相搜檢 ,到達(dá) 質(zhì)量尺度 。

9魚骨狀氮化物

緣由 ———因氨氣含水份 高,雜質(zhì)多,分化 率太低,爐內(nèi)泛起 負(fù)壓,外部空氣倒灌;和 原材料原始組織中豐年 夜 塊游離鐵素體未消弭 ,都邑 使模具滲氮后構(gòu)成 魚骨狀氮化物,氮化鋼一般含碳量≤0.55%,當(dāng)鋼錠從1000～1200℃高溫奧氏體狀況 經(jīng)長(zhǎng)時(shí)候 遲緩 冷卻散布 退火后,游離鐵素體沿奧氏體晶界及解理面以微細(xì)格子狀析出,晶粒粗年夜 ,調(diào)質(zhì)處置沒(méi)法 消弭 ,年夜 塊鐵素體保存在氮化進(jìn)程 中,因金屬表層鐵素體增年夜 吸氮能力,使氮元素富集,致使 氮化物沿必然 晶面呈魚骨狀析出,使氮化層組織機(jī)能 惡化,脆性年夜 ,沒(méi)法 利用 。

辦法 ———滲氮前嚴(yán)酷搜檢 ,滲氮罐及供氨系統(tǒng)應(yīng)密封無(wú)滲漏,確保滲氮進(jìn)程 爐內(nèi)保持 正壓;氨氣含水量應(yīng)≤0.15%,并常常 替換 干燥劑,完全 破除爐內(nèi)非滲氮氛圍 ;增強(qiáng) 原材料原始組織搜檢 ,不利用 豐年 夜 塊鐵素體組織的材料;若需哄騙該材料必需 改鍛,擊碎粗年夜 鐵素體組織,鍛后正火處置,進(jìn)一步細(xì)化組織,再按正常調(diào)質(zhì)預(yù)處置,以獲得氮化前所需的平均 細(xì)密回火索氏體組織。對(duì)有魚骨狀氮化物的工件,應(yīng)采納退氮處置,如有 磨量,磨去魚骨狀氮化物后,按修訂工藝補(bǔ)滲氮一次,經(jīng)金相搜檢 組織機(jī)能 及格 后方可哄騙。

10網(wǎng)狀、波紋狀氮化物

緣由 ———氮化時(shí)氮化物沿晶界擴(kuò)大 構(gòu)成 網(wǎng)狀、波紋狀的氮化物工件韌性差、脆性年夜 、耐沖擊和耐磨損機(jī)能 低,服役時(shí)在外力感化 下易發(fā)生 疲憊 剝落。緣由 是氮化前調(diào)質(zhì)預(yù)處置淬火加熱溫度太高,晶粒粗年夜 (≤7級(jí))和嚴(yán)重氧化脫碳;控溫儀表失靈,爐內(nèi)現(xiàn)實(shí) 溫度年夜 年夜 高于儀表唆使溫度,造成滲氮溫渡過(guò) 高,使散布 層中氮化物群集 終年 夜 ,彌散度下降 ;液氨含水過(guò)量,干燥劑失效和NH3分化 率太低,生成過(guò)量活性[N]原子堆集于晶界。

辦法 ———制定 公道 的調(diào)質(zhì)預(yù)處置工藝,淬火加熱溫度應(yīng)確保奧氏體晶粒≥8級(jí),在珍愛(ài) 氛圍 爐中進(jìn)行,防氧化脫碳;改善 設(shè)計(jì),以圓角取代 尖角銳邊;滲氮溫度不宜跨越 580℃,隨爐校驗(yàn)控溫儀表,加熱和冷卻速度不宜過(guò)快;按期 替換 干燥劑,選用QRD2112型氨氣分化 測(cè)定儀,嚴(yán)酷按需節(jié)制 氨分化 率,避免爐氣氮?jiǎng)萏?檔 ,能有用 避免 網(wǎng)狀、波紋狀氮化物構(gòu)成 。

11竣事 語(yǔ)

針對(duì)以上氮化缺點(diǎn) ,采納有用 辦法 確保氮化質(zhì)量,充實(shí)行 展 氮化在鋁材模具制造中強(qiáng)化結(jié)果 ,能有用 提高鋁材模具質(zhì)量和利用 壽命,給企業(yè)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益。