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模具的滲氮處理技術
來源: | 作者:東啟特鋼 | 發布時間: 2021-06-15 | 41 次瀏覽 | 分享到:
模具的滲氮處理技術
  模具的滲氮處理技術


  模具的滲氮是在1923年左右由德國弗萊首先開發并工業化的。由于該方法處理后的產品具有優異的耐磨性、耐疲勞性、耐腐蝕性和耐高溫性,其應用范圍逐漸擴大。例如,使用鉆頭、絲錐、擠壓模具、壓鑄模具、攻絲機的攻絲模具、螺釘、連桿、曲軸、吸氣和排氣閥以及齒輪凸輪。

模具鋼
  滲氮鋼簡介


  傳統合金鋼中鋁、鉻、釩、鉬等元素對滲氮很有幫助。當這些元素在氮化溫度下與處于初生狀態的氮原子接觸時,形成穩定的氮化物。特別地,鉬不僅用作產生氮化物的元素,而且用于降低氮化溫度下的脆性。其他合金鋼中的元素,如鎳、銅、硅、錳等。對滲氮特性貢獻不大。一般來說,如果鋼中含有一種或多種氮化物形成元素,滲氮后的效果更好。其中鋁是最強的氮化元素,鋁含量為0.85~1.5%的氮化效果最好。對于含鉻的鉻鋼,如果含量足夠,也可以獲得良好的效果。但是沒有含合金的碳鋼,因為滲氮層比較脆,容易剝落,不適合滲氮鋼。


  一.常用的滲氮鋼有以下六種:


  (1)含鋁低合金鋼(標準滲氮鋼)


  (2)含鉻的中碳低合金鋼SAE 4100、4300、5100、6100、8600、8700和9800系列。


  (3)熱加工模具鋼(含約5%鉻)SAE H11(SKD–61)H12、H13


  (4)SAE 400系列不銹鋼粒鐵和馬丁松鐵系列


  (5)奧氏體鐵系列不銹鋼SAE 300系列


  (6)沉淀硬化不銹鋼17-4PH、17-7PH、A-286等。


  含鋁的標準滲氮鋼雖然滲氮后能獲得高硬度、耐磨的表層,但其硬化層也很脆。相反,含鉻低合金鋼的硬度較低,但硬化層比較韌,表面也有相當的耐磨性和抗聚束性。因此,在選擇材料時,要注意材料的特點,充分利用它們的優勢來滿足零件的功能。至于H11(SKD 61)D2(SKD–11)等工具鋼,它們具有高表面硬度和高核心強度。


  二.滲氮處理技術:


  滲氮處理前,必須徹底清潔淬火和回火零件。包括清洗在內的滲氮工序描述如下:


  (1)滲氮前零件表面清洗


  大多數零件在脫油后可以立即用氣體脫油法進行氮化。但是,如果在氮化前的最終加工方法中使用拋光、研磨和拋光,可能會產生阻礙氮化的表面層,導致氮化層不均勻或氮化后彎曲等缺陷。此時,應采用以下兩種方法之一去除表層。第一種方法是在滲氮前用氣體去油。然后用氧化鋁粉作為磨料清洗表面。第二種方法是在表面涂覆磷酸鹽涂層。


  (2)氮化爐排氣


  待處理的零件放入氮化爐中并密封爐蓋后可以加熱,但在加熱到150℃之前必須將爐內空氣排出。


  清除爐的主要作用是防止氨氣分解時爆炸性氣體與空氣接觸,防止處理后的物體和支架表面氧化。使用的氣體是氨和氮。


  消除爐內空氣的要點如下:


  (1)加工好的零件安裝好后,密封爐蓋,開始通入無水氨氣,并盡可能保證流量。


  (2)將加熱爐自動控溫設定在150℃,開始加熱(注意爐溫不應高于150℃)。


  (3)當爐內空氣排出量低于10%時,或當排出氣體中NH3含量超過90%時,爐溫升至滲氮溫度。


  (3)氨的分解率


  滲氮是通過擴散與初生態氮接觸的其他合金元素來進行的,但是初生態氮的產生促進了氨的分解,因為當氨與加熱的鋼接觸時,鋼本身變成了催化劑。


  雖然可以在各種分解速率的氨氣下氮化,但一般采用15~30%的分解速率,氮化所需的厚度至少保持4~10小時,處理溫度保持在520℃左右。


  (4)冷卻


  大多數工業滲氮爐都有熱交換,以便滲氮后快速冷卻加熱爐和待處理零件。即滲氮完成后,關閉加熱電源,使爐溫降低50℃左右,然后將氨的流量加倍,然后啟動換熱器。此時需要觀察連接排氣管的玻璃瓶內是否有氣泡溢出,以確認爐內正壓。在引入爐內的氨氣穩定后,可以降低氨的流速,直到保持爐內的正壓。當爐溫降至150℃以下時,只有通過上述的從爐中排出氣體的方法引入空氣或氮氣后,才能打開爐蓋。


  三.氣體滲氮技術:


  氣體滲氮將工件放入爐中,將NH3氣體直接送入500~550℃的氮化爐中進行20~100小時的氮化處理,使NH3氣體分解為原子(N)氣和(H)氣進行氮化處理。主要目的是在鋼表面形成一層耐磨耐蝕的復合層,厚度約為0.02。其性能為極硬Hv 1000~1200,極脆。NH3的分解速率取決于流速和溫度。流速越高,分解率越高。溫度越高,分解率越高。溫度越低,分解率越低。NH3氣體在570℃熱分解如下:


  NH3→〔氮〕鐵+2/3 H2


  分解的氮擴散到鋼的表面形成。Fe2-3N氣體滲氮的普遍缺點是硬化層薄,滲氮時間長。


  氣體氮化由于分解NH3的氮化效率低,所以適合氮化的鋼種,如含有鋁、鉻、鉬等氮化元素的鋼種。,否則不能進行氮化,一般采用JIS、SACM1新JIS、SACM645、SKD61進行強化回火,也叫調質。因為Al,Cr,Mo等。都是提高轉變點溫度的元素,淬火溫度高,回火溫度高于普通建筑用合金鋼,屬于氮化NH3氣體氮化,由于表面粗糙、堅硬、易碎,長期難以磨削,不經濟,用于塑料注射成型機的進料管和螺桿的氮化。


  四.液體滲氮技術:


  液體軟氮化的主要區別是氮化層中有Fe3Nε相和Fe4Nr相,但沒有Fe2Nξ相氮化物。ξ相化合物硬脆,在滲氮處理中比韌性氮化物差。液體軟氮化的方法是將工件先除銹、脫脂、預熱,然后放入氮化坩堝中,以TF-1為主鹽劑,加熱至560~600℃。滲氮層的深度根據工件上的外力載荷來確定。處理時,必須在坩堝底部通入一根空氣管,用一定量的空氣氮化劑分解CN或CNO,向工作面滲透擴散,使工件表面最外層化合物為8-9wt%的N和少量的C及擴散層,氮原子擴散到α-Fe基中,使鋼件更耐疲勞。在滲氮期間,由于CNO的分解和消耗,應保持在6-8


  液態軟氮化處理的材料為鐵金屬,氮化后表面硬度隨al、Cr、Mo、Ti元素的增加而增加,含金量越多,氮化深度越淺,如碳鋼Hv 350~650,不銹鋼Hv 1000~1200,氮化鋼Hv 800~1100。


  液體軟氮化適用于耐磨、耐疲勞的汽車零部件、縫紉機、照相機等。,如氣缸套處理、氣門處理、活塞氣缸處理以及不易變形的模具。使用液體軟氮化的國家包括西歐國家、美國、蘇聯、日本和臺灣省。


  五.離子滲氮技術:


  方法如下:將工件放入氮化爐中,預先將爐抽真空至10-2~10-3乇(㎜-Hg),然后通入N2氣體或N2+H2混合氣體,將爐調至1-10乇,將爐體與陽極連接,將工件與陰極連接,在兩個電極之間施加幾百伏的直流電壓,此時爐內的N2氣體產生明亮的放電變成正離子,向工作面移動。瞬間陰極電壓急劇下降,使正離子高速沖向陰極表面,動能轉化為氣體能量,使工件表面溫度升高。氮離子撞擊后,鐵等元素。碳氧從工件表面飛濺出來,與氮離子結合形成FeN,氮化鐵逐漸吸附在工件上,產生氮化。離子氮化基本使用氮氣,但如果加入碳化氫氣體,可以進行離子軟氮化。但一般稱為離子滲氮處理,通過改變爐內填充的混合氣體(N2+H2)的分壓比,可以調節工件表面的氮濃度。進行純離子滲氮時,工作表面單相r'(Fe4N)結構含有5.7~6.1%wt的N,厚層在10μn以內,這種化合物層堅韌而非多孔,不易脫落。由于氮化鐵不斷被工件吸收擴散,由表及里的結構為FeN→Fe2N→Fe3N→Fe4N,單相ε(Fe3N)的n含量為5.7~11.0 wt%,單相ξ(Fe2N)的n含量為11.0~11.35 wt%。加入碳化氫體系,離子滲氮生成R相,然后成為ε相的化合物層和擴散層。由于有擴散層,ε相是最好的刻蝕性能。


  離子氮化處理的程度可以從350℃開始??紤]到材料的選擇及其相關的機械性能,處理時間可以從幾分鐘到很長時間。這種方法不同于以前通過熱分解的化學反應進行滲氮的處理方法。這種處理體系使用高離子能量,所以不銹鋼、鈦、鈷等過去被認為難以處理的材料也可以簡單地進行優異的表面硬化處理。
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