模具氮化处置手艺

气体渗氮在1923年摆布，由德国人Fry首度研究成长 并加以工业化。由于经本法处置的成品 具有优异的耐磨性、耐委靡性、耐蚀性及耐高温，其运用 规模逐步 扩年夜 。例如钻头、螺丝攻、挤压模、压铸模、鍜压机用鍜造模、螺杆、连杆、曲轴、吸气及排气活门及齿轮凸轮等均有使用。

1、 氮化用钢简介

传统的合金钢猜中之铝、铬、钒及钼元素对渗氮甚有扶助。这些元素在渗氮温度中，与初生态的氮原子接触时，就生成安宁 的氮化物。特别 是钼元素，不但 作为生成氮化物元素，亦作为下降 在渗氮温度时所发生的脆性。其它合金钢中的元素，如镍、铜、硅、锰等，对渗氮特征 并没有 多年夜 的扶助。一般而言，如果钢猜中含有一种或多种的氮化物生成元素，氮化后的效果比力精良。个中 铝是最强的氮化物元素，含有0.85～1.5％铝的渗氮效果 最好 。在含铬的铬钢而言，如果有足够的含量，亦可获得 很好的效果。但没有含合金的碳钢，因其生成的渗氮层很脆，容易剥落，不合适 作为渗氮钢。

一般经常使用 的渗氮钢有六种以下 ：

（1）含铝元素的低合金钢（尺度 渗氮钢）

（2）含铬元素的中碳低合金钢 SAE 4100，4300，5100，6100，8600，8700，9800系。

（3）热作模具钢（含约5％之铬） SAE H11 （SKD – 61H12，H13

（4）肥粒铁及麻田散铁系不锈钢 SAE 400系

（5）奥斯田铁系不锈钢 SAE 300系

（6）析出硬化型不锈钢 17 - 4PH17 – 7PHA – 286等

含铝的尺度 渗氮钢，在氮化后虽可获得 很高的硬度及高耐磨的表层，但其硬化层亦很脆。相反的，含铬的低合金钢硬度较低，但硬化层即比力有韧性，其轮廓亦有相当的耐磨性及耐束心性。是以 选用材料时，宜注重材料之特征，充实使用其长处 ，俾相符 零件之功能。至于东西钢如H11（SKD61）D2（SKD – 11），即有高轮廓硬度及高心部强度。

2、 氮化处置手艺 ：

调质后的零件，在渗氮处置前须透澈 清洗清洁 ，兹将包罗清洗的渗氮工作法式 分述以下 ：

（1）渗氮前的零件轮廓清洗

年夜 部门零件，可使 用气体去油法去油后连忙 渗氮。但在渗氮前之最后加工方式 若采取 抛光、研磨、磨光等，便可 能发生 阻碍渗氮的轮廓层，导致 渗氮后，氮化层不平均 或发生曲折 等缺点 。此时宜采

用以下 二种方式 之一去除轮廓层。第一种方式 在渗氮前起首 以气体去油。然后使用氧化铝粉将轮廓作abrassive cleaning 。第二种方式 行将 轮廓加以磷酸皮膜处置（phosphate coating）。

（2）渗氮炉的清扫 空气

将被处置零件置于渗氮炉中，并将炉盖密封后便可 加热，但加热至150℃之前 须作炉内清扫 空气工作。

清扫 炉内的首要 功用是避免 氨气分化 时与空气接触而发生爆炸性气体，及避免 被处置物及支架的轮廓氧化。其所使用的气体即有氨气及氮气二种。

清扫 炉内空气的方法 以下 ： （1）被处置零件装妥后将炉盖封好，最先 通无水氨气，其流量尽可能 可能多。 （2）将加热炉之主动 温度节制 设定在150℃并最先 加热（注重炉温不克不及 高于150℃）。 （3）炉中之空气清扫 至10％以下，或排出之气体含90％以上之NH3时，再将炉温升高至渗氮温度。

（3）氨的分化 率

渗氮是铺及其它合金元素与初生态的氮接触而进行，但初生态氮的发生 ，即因氨气与加热衷 的钢料接触时钢料自己 成为触媒而增进 氨之分化 。

固然 在各类 分化 率的氨气下，皆可渗氮，但一般皆采取 15～30％的分化 率，并按渗氮所需厚度最少 连结 4～10小时，处置温度即连结 在520℃摆布。

（4）冷却

年夜 部分 的工业用渗氮炉皆具有热互换几，以期在渗氮工作完成后加以急速冷却加热炉及被处置零件。即渗氮完成后，将加热电源封闭 ，使炉温下降 约50℃，然后将氨的流量增添 一倍后最先 启开热互换机。此时须注重不雅 察接在排气管上玻璃瓶中，是不是 有气泡溢出，以确认炉内之正压。等待 导入炉中的氨气安宁 后，便可 削减 氨的流量至连结 炉中正压为止。当炉温下降至150℃以下时，即便 用前面所述之清扫 炉内气体法，导入空气或氮气后方可启开炉盖。

3、 气体氮化手艺 ：

气体氮化系于1923年由德国AF ry 所揭晓，将工件置于炉内，利NH3气直接输进500～550℃的氮化炉内，连结 20～100小时，使NH3气分化 为原子状况 的（N）气与（H）气而进行渗氮处置，在使钢的轮廓发生 耐磨、耐侵蚀 之化合物层为首要 目标 ，其厚度约为0.02～0.02m／m，其性质极硬Hv 1000～1200，又极脆，NH3之分化 率视流量的年夜 小与温度的凹凸 而有所改变，流量愈年夜 则分化 度愈低，流量愈小则分化 率愈高，温度愈高分化 率愈高，温度愈低分化 率亦愈低，NH3气在570℃时经热分化 以下 ：

NH3 →〔N〕Fe + 2/3 H2

经分化 出来的N，随而分散进入钢的轮廓构成 。相的Fe2 - 3N气体渗氮，一般错误谬误为硬化层薄而氮化处置时候 长。

气体氮化因分化 NH3进行渗氮效力 低，故一般均固定选用合用 于氮化之钢种，如含有Al，Cr，Mo等氮化元素，不然 氮化几没法 进行，一般使用有JIS、SACM1新JIS、SACM645及SKD61以强韧化处置又称调质因Al，Cr，Mo等皆为提高反常点温度之元素，故淬火温度高，回火温度亦较通俗 之组织 用合金钢高，此乃在氮化温度长时候 加热之间，发生回火脆性，故预先施以调质强韧化处置。NH3气体氮化，由于 时候 长轮廓粗拙 ，硬而较脆不容易 研磨，并且 时候 长不经济，用于塑料射出形机的送料管及螺旋杆的氮化。

4、 液体氮化手艺 ：

液体软氮化首要 分歧 是在氮化层里之有Fe3Nε相，Fe4Nr相存在而不含Fe2Nξ相氮化物，ξ相化合物硬脆在氮化处置上是不良于韧性的氮化物，液体软氮化的方式 是将被处置工件，先除锈，脱脂，预热后再置于氮化坩埚内，坩埚内是以TF – 1为主盐剂，被加温到560～600℃处置数分至数小时，依工件所受外力负荷年夜 小，而决议氮化层深度，在处置中，必需 在坩埚底部通入一支空气管以必然 量之空气氮化盐剂分化 为CN或CNO，渗入渗出 分散至工作轮廓，使工件轮廓最外层化合物8～9％wt的N及少许 的C及分散层，氮原子分散入α – Fe基地中使钢件更具耐委靡性，氮化时代 由于CNO之分化 耗损，所以赓续 要在6～8小时处置中化验盐剂成分 ，以便调剂 空气量或插足新的盐剂。

液体软氮化处置用的材料为铁金属，氮化后的轮廓硬度以含有 Al，Cr，Mo，Ti元素者硬度较高，而其含金量愈多而氮化深度愈浅，如炭素钢Hv 350～650，不锈钢Hv 1000～1200，氮化钢Hv 800～1100。

液体软氮化合用 于耐磨及耐委靡等汽车零件，缝衣机、拍照 机等如气缸套处置，气门阀处置、活塞筒处置及不容易 变形的模具处。采取 液体软氮化的国度 ，西欧列国 、美国、苏俄、日本、台湾。

5、 离子氮化手艺 ：

此一方式 为将一工件放置于氮化炉内，预先将炉内抽成真空达10-2～10-3 Torr（㎜Hg）后导入N2气体或N2 + H2之夹杂 气体，调剂 炉内达1～10 Torr，将炉体接上阳极，工件接上阴极，南北极 间通以数百伏之直流电压，此时炉内之N2气体则发生辉煌 放电成正离子，向工作轮廓移动，在刹时 阴极电压急剧下降，使正离子以高速冲向阴极轮廓，将动能转变成 气能，使得工件去面温度得以上升，因氮离子的冲击后将工件轮廓打出Fe.C.O.等元素飞溅出来与氮离子连系 成FeN，由此氮化铁逐步 被吸附在工件上而发生 氮化感化 ，离子氮化在根基 上是采取 氮气，但如果 添加碳化氢系气体则可作离子软氮化处置，但一般统称离子氮化处置，工件轮廓氮气浓度可改变炉内充填的夹杂 气体（N2 + H2）的分压比调理 得之，纯离子氮化时，在工作轮廓得单相的r′（Fe4N）组织含N量在5.7～6.1％wt，厚层在10μn之内 ，此化合物层强韧而非多孔质层，不容易 脱落，由于氮化铁赓续 的被工件吸附并分散至内部，由轮廓至内部的组织即为FeN → Fe2N → Fe3N→ Fe4N按次转变 ，单相ε（Fe3N）含N量在5.7～11.0％wt，单相ξ（Fe2N）含N量在11.0～11.35％wt，离子氮化起首 生成r相再添加碳化氢气系时使其酿成 ε相之化合物层与分散层，由于分散层的增添 对委靡强度的增添 有许多 助。而蚀性以ε相最好 。

离子氮化处置的度可从350℃最先 ，由于斟酌 到材质及其相干 机械性质的选用途 置时候 可由数分钟乃至 于长时候 的处置，本法与曩昔 使用热分化 方化学反映而氮化的处置法分歧 ，本法系使用高离子能之故，曩昔 认难堪 处置的不锈钢、钛、钴等材料也能简单的施以优异 的轮廓硬化处置。