包管 铝材模具氮化质量提高利用 寿命的方式

氮化是钢件皮相改性强化处置的工艺方式 之一。今世辉光离子氮化、双程氮化、三段氮化和预氧化双程氮化及催渗氮化等方式 成长 了传统氮化工艺,使氮化质量到达 了新程度 。

将氮化介质氨气通入氮化炉中,加热至500～6000℃发生热分化 :2NH3≒2[N]+3H2。分化 活性[N]原子被钢件皮相接收 ,并向金属内部散布 ,起首 消融 在α-Fe中构成 固溶体,饱和后逐步 构成 氮化物层。渗氮层具有高硬度、高耐磨、高抗疲惫 强度和较高抗蚀性及热处置畸变小等特点,普遍 利用于模具制造业。模具经氮化处置后,可成倍、乃至 数倍提高模具利用 寿命。但在现实 出产中,因各种 缘由 会发生 各类 各样的氮化缺点 ,本文阐发了其发生 缘由 ,并提出了响应 的消弭 办法 。

传统的合金钢估中 之铝、铬、钒及钼元素对渗氮甚有帮忙。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。其他合金钢中的元素，如镍、铜、硅、锰等，对渗氮特征 并没有 多年夜 的帮忙。一般而言，如果钢估中 含有一种或多种的氮化物生成元素，氮化后的结果 对照 优秀。此中铝是最强的氮化物元素，含有0.85～1.5%铝的渗氮后果最好 。在含铬的铬钢而言，如果有足够的含量，亦可获得 很好的结果 。

模具氮化处置现场

1渗氮层硬渡过 低

缘由 ———氮化钢化学成份 不符或混料;钢件未经调质预处置,未获得氮化前所需细密的回火索氏体组织,或虽经调质预处置,但基体组织硬度低,渗氮硬化层如附在薄冰上;控温仪表失灵,致使 氮化温渡过 高和氮化强渗期NH3分化 率偏高,炉内氮氛围 太低 或氮化箱内氨气含水过量,对NH3分化 起“一触媒”感化 。出产实践表白,当NH3分化 率≥65%～70%时,介质中氢气含量增添 ,会阻碍工件皮相氮化物形核,下降 工件皮相吸氮能力,钢件表层含氮量低,渗氮件皮相有油污、氧化皮和脱碳层未去除,或利用 新的渗氮罐及渗氮罐久用未经退氮;渗氮炉密封不严、漏气等,都邑 造成氮化层硬渡过 低。

办法 ———严酷搜检 渗氮钢材,投产前对渗氮钢进行化学成份 复查,及格 后再投产;氮化前必需 对钢件进行调质预处置,以获得平均 细密的回火索氏体组织和所需硬度,调质回火温度应略高于渗氮温度,确保渗氮后钢基体硬度不下降 ;选用WJ21型微机控温仪,控温精度在±1.5℃之内,确保渗氮温度正确 无误。渗氮前工件喷细砂处置,去除氧化皮、脱碳层和污物,并搜检 渗氮炉密封性,发现漏气实时 补缀 或替换 ;选用珐琅 罐,对不锈钢罐应先空罐氮化后启用,对久用氮化罐及工夹具要退氮后再用;氮化进程 中要迟缓 升温加热,恰当 加年夜 NH3流量,下降 NH3分化 率使之≤50%。返修时清算 清洁 渗氮工件皮相后,修订氮化工艺,补渗氮一次,以到达 手艺 要求。

2渗氮层浅

缘由 ———渗氮炉有用 加热区温差年夜 ,且不平均 ;钢件皮相有油污,渗氮件装炉欠妥 ;钢件之间过密,乃至 层叠,使进气管道梗塞 ,气流不顺畅 ;第一阶段强渗期,NH3分化 率不不变,有时太高 ,有时太低 ;第二阶段散布 温渡过 低、保温时候 不足等身分 都邑 造成渗氮层浅,且不平均 。

办法 ———疏浚 管道阀门,不变节制 NH3分化 率在20%～40%之间,使之发生 的活性[N]原子根基 上与钢件皮相吸[N]量及[N]的散布 量均衡 ;细密控温,有用 加热区温差不年夜 于±1.5℃和耽误 散布 时候 ;渗氮件公道 装挂,包管 工件间氨气平均 通顺 ,渗氮炉应严酷密封,确保炉内氮氛围 轮回 正常;采取 催渗氮化,渗剂中插手适当 NH4Cl和RE(稀土)元素等催渗剂,选用镀Ti氮化,钢件皮相先镀Ti,因Ti与N亲和力强,构成 Ti在Fe中固溶体,敏捷 构成 平均 氮化层。出产实践表白,新工艺与传统工艺比,能敏捷 生成厚且平均 的氮化层,渗层深度增添 25%～40%,出产周期缩短近一半,节电40%～50%。

返修处置,用汽油或酒精清算 清洁 渗氮皮相,严酷按原第二阶段散布 工艺补渗氮一次以到达 质量指标。

3渗氮层硬度不均,有软点

缘由 ———原材料化学成份 不平均 ,偏析严重,晶粒粗年夜 (≤7级),奥氏体呈长条状;钢中铁素体呈年夜 块状和杂质含量超标,致使 淬火组织粗年夜 和块状铁素体未消融 及调质回火温渡过 高;原材料脱碳层未加工和钢件皮相污物未除净;炉内温度不平均 ,钢件装挂欠妥 ,间距小,互相 接触,气管梗塞 氨气不顺畅 ;局部渗氮钢件镀锡层过厚或连系 不牢。电扇 转速太快、震动年夜 造成流锡等,上述缘由 会致使 渗氮面发生 亮块、亮点、硬度等不均,因为 机能 不不变,软点处硬度低,先造成磨损,构成 沟槽而致使模具失效。

办法 ———选用炉外精辟钢、电渣重熔钢、真空熔炼钢,这些材料具有贞洁 度高、杂质少、晶粒细、碳化物小、化学成份 和组织平均 、等向机能 好等特点;采取 细密仪表控温,分段控温,公道 结构 电阻丝,确保炉膛各部位温度平均 一致;留足冷切削加工余量去除脱碳层;公道 装挂,使钢件之间留空地,确保氨气轮回 平均 通顺 ;钢件调质淬火加热在真空电炉、珍爱 氛围 炉或盐浴炉中进行,避免 氧化脱碳;严酷节制 镀锡层厚度,以0.010～0.015mm为好 ;下降 电扇 转速,避免较年夜 震动。返修时清算 清洁 渗氮层皮相后,从头制定 渗氮工艺补渗氮一次到达 质量指标。

4氮化钢件畸变

缘由 ———钢件设计不公道 ,较多尖角锐边,厚薄差异 过年夜 ;氮化前钢件存在较年夜 组织应力和机械冷加工应力未消弭 ;渗氮炉内温度不平均 ,加热升温速渡过 快,钢件出炉时冷却速度年夜 ;钢件装挂不公道 与渗氮面差错称;渗氮层比容较年夜 ,发生 组织应力与渗氮层厚度成正比,渗氮层愈厚,发生 组织应力与比容愈年夜 。

钢件在上述多种应力感化 下易发生畸变,微量畸变可经由过程 最后磨削加工去除,而超差畸变则影响装配和利用 寿命,乃至 成为废品,是以 必需 把畸变节制 在公役 局限 内。

办法 ———改善 设计,增添 工艺孔和增强 筋,用圆角取代 尖角锐边,削减 应力集中,并尽可能 使钢件对称,避免厚薄差异 过年夜 ;氮化前在稍低于调质回火温度下回火1～2h,消弭 冷加工应力;公道 装挂钢件,确保氨气轮回 通顺 ,不氮化易畸变部位留加工余量,以便氮化后去除畸变部位;钢件低温入炉,迟缓 升温,升温速度以50～70℃/h为好 ,冷却时随炉降温至≤200℃出炉空冷,下降 热应力与组织应力;选择适合渗氮方式 ,制定 公道 渗氮工艺,对易畸变复杂钢件选用辉光离子氮化等办法 ,确保氮化钢件畸变在公役 局限 内或无畸变。返修时应使易校订 的畸变钢件置于稍低于氮化温度下加热保温,热透后热校订 ,校订 落后 行400～420℃×2h去应力退火处置。

5氮化层耐侵蚀 性差

缘由 ———当氮化钢件皮相构成 一层致密的、化学不变性很高的ε相层(厚约0.015～0.060mm)时,钢件有优秀的抗侵蚀 机能 ,但ε相层过薄(0.06mm)时,均会下降 抗侵蚀 机能 。实行 表白,ε相层含氮量在6.1%～8.5%时均有较好抗蚀机能 ;但当ε相层含氮量8.5%时,均会下降 抗蚀性。钢件皮相有锈蚀、污垢、刀痕、磨痕或炉内分化 率太高,发生 活性[N]原子不足及渗氮时候 短等,将会致使 渗氮层皮相氮浓度不足,无ε相层构成 ,或生成有孔隙ε相层,耐侵蚀 机能 差,下降 模具利用 寿命。

办法 ———选用DK21型氮势节制 仪,以有用 节制 渗氮层相组织成份 ,构成 含氮浓度为6.1%～8.5%、厚度为0.015～0.060mm的致密ε相层;氮化模具应预先调质处置,细化原始组织,为构成 致密ε相层缔造 组织前提 ;模具型面应磨加工,下降 皮相粗拙 度值;制定 能构成 致密ε相层的氮化工艺,选定适合 的NH3分化 率和足够的渗氮保温时候 ;返修时抛光模具型面,清洗清洁 后按修订氮化工艺补渗氮一次。

6氮化铝材模具皮相氧化

缘由 ———铝材模具经氮化后正常色彩 是无光泽银灰色,皮相泛起 蓝色、黄色或其他色彩 ,表白已被氧化着色,既影响外不雅 ,又会影响皮相硬度和耐磨性。造成皮相氧化是因渗氮罐和炉盖密封不严,炉内泛起 负压,外部空气倒灌炉内和氨气含水过量 及渗氮保温后随炉冷却时供NH3不足,吸入空气或出炉温渡过 高档 缘由 。炉内H2O、CO2、O2在加热时便和工件中Fe发生化学回响反映 ,使其皮相氧化,生成氧化铁薄膜:

2Fe+O2→2FeO

Fe+CO2→FeO+CO↑

Fe+H2O→FeO+H2↑

一样 ,若仪表失灵,炉内温渡过 高,工件在炉气感化 下,钢中碳(C)便和炉气发生化学回响反映 ,使钢件脱碳:

2Fe(C)+O2→2Fe+2CO

2Fe(C)+CO2→2Fe+2CO

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

办法 ———渗氮前搜检 渗氮罐及供氨系统密封性,发现漏气应实时 补缀 或替换 ;NH3含水量应≤0.15%为好 ,干燥剂利用 一次后应替换 或烘干再用,氨气分化 测定仪应连结 优秀的工作状况 ;渗氮进程 及竣事 冷却时应保持 炉内正压,避免发生 负压,模具出炉温度要≤200℃或渗氮保温后出炉油冷。如许 既可提高抗疲惫 强度,又可避免氧化。对已氧化着色的模具,可在抛光消灭 氧化色后按修订工艺补渗氮一次,使其到达 手艺 要求。

7氮化铝材模具皮相侵蚀

缘由 ———传统的气体氮化出产周期长、效力 低、本钱 高,采取 NH4Cl催渗,能有用 缩短出产周期,节电省时,增添 效益。在氮化温度下,NH4Cl分化 为NH3和HCl,HCl能侵蚀 失落 金属皮相氧化膜,削减 活性[N]原子渗透 的阻力,从而加快 氮化进程。但如果 过量侵蚀 会成为氮化缺点 ,毁坏皮相粗拙 度,构成 侵蚀 坑,下降 抗疲惫 强度,影响模具利用 寿命。

办法 ———将固体NH4Cl与烘干后的石英砂依照 1∶200平均 夹杂 后,以0.6～1.0kg/m3(氮化罐容积)装于氮化罐底部,与模具连结 必然 距离,避免与模具直接接触,该办法 能有用 避免 模具皮相被侵蚀 。返修时对稍微 侵蚀 模具经抛光消灭 侵蚀 皮相后,用汽油或酒精清洗清洁 ,按正常渗氮工艺补渗氮2～3h,使其到达 手艺 前提 。

8渗氮层脆性年夜 、起泡剥落有裂纹

缘由 ———原材料有带状组织和非金属夹杂物严重超标;设计欠妥 ,工件尖角锐边皮相积过年夜 ,活性[N]原子从多方面同时渗透 ,氮浓度高,构成 ζ脆性相,连系 不牢;渗氮介质活性太强,皮相接收 年夜 于散布 ,活性[N]原子聚积 在金属皮相,表层含氮浓渡过 年夜 (跨越 11.0%),构成 ζ脆性相,因ζ相浓度年夜 ,渗层陡,年夜 年夜 减弱 了渗层与基体结协力 ,易起泡,在外力和渗后因冷速过年夜 发生 较年夜 内应力的配合 感化 下,引发 氮化层剥落或发生 裂纹;NH3含水量过年夜 ,分化 率不足,强渗温渡过 高,时候 太长 ,或原材料组织粗年夜 ,皮相脱碳等均会致使 金属表层浓渡过 年夜 ,渗氮层过陡,与基体连系 不牢,使氮化层脆性年夜 ,易起泡,在外力感化 下剥落和碎裂失效。

办法 ———选用无带状组织,杂质少,晶粒细,无宏不雅 和显微冶金缺点 的精辟钢;对原材料进行铸造 ,击碎带状组织,细化晶粒,改变非金属夹杂物描述,消弭 偏析,使之细化与平均 散布 ;改善 设计,将尖角锐边改成圆角;节制 供NH3量与分化 率及连结 炉内正压力,使活性[N]原子散布 速度稍年夜 于金属皮相接收 速度,避免泛起 高氮浓ζ脆性相;NH3流量愈年夜 ,炉内逗留 时候 愈长,NH3分化 率愈高,氨分化 率宜控在30%～50%之间;常常 替换 干燥剂,使氨气中H2O≤0.02%。采取 细密多段控温,连结 炉内温度平均 ;确保模具工作面皮相粗拙 度Ra为0.2μm;采取 辉光离子氮化等新工艺,缩短强渗期,耽误 散布 期,可下降 渗层氮浓度,使氮化层平均 ,浓度和硬度梯度由表至内均衡 下降 ,可消弭 渗氮层裂纹,增强渗层韧性,下降 脆性和提高渗层与基体结协力 ,提高抗冲击机能 。返修时清算 清洁 渗氮皮相后,置于550～560℃氮化炉中保温10～15h,在较低NH3分化 率氛围 中散布 处置,再经金相搜检 ,到达 质量尺度 。

9鱼骨状氮化物

缘由 ———因氨气含水份 高,杂质多,分化 率太低,炉内泛起 负压,外部空气倒灌;和 原材料原始组织中丰年 夜 块游离铁素体未消弭 ,都邑 使模具渗氮后构成 鱼骨状氮化物,氮化钢一般含碳量≤0.55%,当钢锭从1000～1200℃高温奥氏体状况 经长时候 迟缓 冷却散布 退火后,游离铁素体沿奥氏体晶界及解理面以微细格子状析出,晶粒粗年夜 ,调质处置没法 消弭 ,年夜 块铁素体保存在氮化进程 中,因金属表层铁素体增年夜 吸氮能力,使氮元素富集,致使 氮化物沿必然 晶面呈鱼骨状析出,使氮化层组织机能 恶化,脆性年夜 ,没法 利用 。

办法 ———渗氮前严酷搜检 ,渗氮罐及供氨系统应密封无渗漏,确保渗氮进程 炉内保持 正压;氨气含水量应≤0.15%,并常常 替换 干燥剂,完全 破除炉内非渗氮氛围 ;增强 原材料原始组织搜检 ,不利用 丰年 夜 块铁素体组织的材料;若需哄骗该材料必需 改锻,击碎粗年夜 铁素体组织,锻后正火处置,进一步细化组织,再按正常调质预处置,以获得氮化前所需的平均 细密回火索氏体组织。对有鱼骨状氮化物的工件,应采纳退氮处置,如有 磨量,磨去鱼骨状氮化物后,按修订工艺补渗氮一次,经金相搜检 组织机能 及格 后方可哄骗。

10网状、波纹状氮化物

缘由 ———氮化时氮化物沿晶界扩大 构成 网状、波纹状的氮化物工件韧性差、脆性年夜 、耐冲击和耐磨损机能 低,服役时在外力感化 下易发生 疲惫 剥落。缘由 是氮化前调质预处置淬火加热温度太高,晶粒粗年夜 (≤7级)和严重氧化脱碳;控温仪表失灵,炉内现实 温度年夜 年夜 高于仪表唆使温度,造成渗氮温渡过 高,使散布 层中氮化物群集 终年 夜 ,弥散度下降 ;液氨含水过量,干燥剂失效和NH3分化 率太低,生成过量活性[N]原子堆集于晶界。

办法 ———制定 公道 的调质预处置工艺,淬火加热温度应确保奥氏体晶粒≥8级,在珍爱 氛围 炉中进行,防氧化脱碳;改善 设计,以圆角取代 尖角锐边;渗氮温度不宜跨越 580℃,随炉校验控温仪表,加热和冷却速度不宜过快;按期 替换 干燥剂,选用QRD2112型氨气分化 测定仪,严酷按需节制 氨分化 率,避免炉气氮势太高 档 ,能有用 避免 网状、波纹状氮化物构成 。

11竣事 语

针对以上氮化缺点 ,采纳有用 办法 确保氮化质量,充实行 展 氮化在铝材模具制造中强化结果 ,能有用 提高铝材模具质量和利用 寿命,给企业带来经济效益。