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  • 模具强化常选用的渗碳工艺主要有气体渗碳和离子渗碳等

    来源:www.jch10086.com 发布时间:2019-10-27

    1。气体渗碳

    气体渗碳是一种渗碳方法,其中将零件放置在装有气体渗碳介质的密封高温炉罐中以进行碳渗透过程。这种渗碳方法通常直接将煤油,苯或甲醇(例如甲醇或丙酮)液化到高温渗碳炉中,将其热分解成活性碳原子,并渗入零件的表面。渗碳温度通常为920-950°C。由于在渗碳过程中直接在炉中进行热裂化会分解过多的活性碳原子,因此无法吸收到零件表面,而是沉积在零件表面上。部分以炭黑,焦油等形式存在,阻碍了渗碳过程并渗出,碳气氛的碳势也难以控制。因此,近年来,已经开发出滴落型可控气氛渗碳,即,将两种有机液体同时滴入高温炉中,并且液体(例如甲醇)产生具有低碳势的气体。作为稀释气体;另一种液体(例如乙酸乙酯)产生的碳势较高的气体为浓缩气体。通过改变两种液体的比例,可通过露点仪或红外分析仪控制碳势,以将零件表面的碳含量控制在所需范围内。另外,将具有一定组成的受控气氛从气体发生炉直接引入到渗碳炉中,并通过CO2红外分析仪调节炉中的碳势,从而可以使零件表面上所需的碳含量增加。受到精确控制。

    表面所需的碳含量

    渗碳后的低碳钢(炉C:0.15%0.25%)或低碳合金钢,层中碳含量不均匀,表面碳含量最高,从表面到心脏碳数量逐渐减少直至原始碳含量。因此,渗碳和慢冷组织的表层是珠光体加二次渗碳体的超共析结构,共析和共析组织之间的过渡区向内,直至原始组织。渗碳层的深度计算为共析层+共析层+1/2过渡区。为了充分发挥渗碳层的作用,零件的表面要具有高硬度和高耐磨性,芯要保持足够的强度和韧性,零件必须在渗碳后进行热处理。对于本征细晶粒钢,通常将其预冷至淬火温度,并在渗碳后直接淬火,然后在°C的温度下回火。预冷却的主要目的是减小零件与淬火介质之间的温差,并减小淬火应力和变形。渗碳零件经低温淬火回火后,表面组织为高碳细针状回火马氏体组织加细颗粒渗碳体,硬度可达58-62HRC。

    2。离子渗碳

    离子渗碳是等离子体化学热处理领域中的一项技术。离子渗碳的媒介是甲烷,丙烷等渗碳

    温度为°C(炉中的辐射加热)。例如,在渗碳过程中,将15CrNi6钢塑模具在950°C离子渗碳90分钟,在扩散过程中渗碳210分钟。淬火后,可获得1. 4 mm厚的渗碳层,表面硬度为64 HRC。与常规的气体渗碳相比,离子渗碳具有渗碳效率高,碳浓度梯度平和,工件变形小,环境污染小以及对狭缝和小孔的处理等优点。目前,离子渗碳已广泛用于塑料模具。

    渗氮

    渗入钢表面以形成富氮硬化层的化学热处理称为氮化,这通常也称为氮化。与渗碳相比,钢具有更高的表面硬度和氮化后的耐磨性。氮化后,钢的表面硬度为 Hv,相当于6572 HRC。这种高硬度和高耐磨性可以保持在°C,而不会降低,因此氮化钢具有良好的热稳定性。由于氮化物层是大体积的,因此在表面层中形成大的残余压缩应力,因此可以获得比渗碳更高的疲劳强度,耐咬合性和较低的缺口敏感性。氮化后,由于在钢表面形成了致密的氮化膜,因此具有良好的耐腐蚀性。另外,渗氮温度低(500-600℃),渗氮后的钢件不需要热处理,因此渗氮件的变形小。氮化后,模具的表面硬度,耐磨性,耐蚀性,抗疲劳效果和抗咬合性优于渗碳,且模具变形小,适用于对精度要求较高的模具。

    1。气体氮化

    广泛使用的渗氮工艺是气体渗氮,这意味着将氨气加热到密封渗氮槽的渗氮温度,该温度会分解成活性氮原子,并被钢的表面吸收和扩散。深氮化层。氨(NH3)

    在450℃或更高的温度下与铁接触后,反应性氮原子分解。 a-Fe吸收反应性氮原子并首先形成氮。

    a-Fe河中的固溶体,当氮含量超过a-FE的溶解度时,形成氮化物Fe4N和Fe2N。氮和徐

    多合金元素可以形成氮化物,例如CrN,MO2N,AlN等。这些分散的合金氮化物具有高硬度和耐磨性,并且具有高耐腐蚀性,因此最常用的氮化钢是38CrMoAl。

    由于较低的氨分解温度,通常的氮化温度在°C之间。在较低的加工温度下,氮原子在钢中缓慢扩散,渗氮时间较长,渗氮层也很薄。例如,需要使用38CrMoAl钢压缩机活塞杆来获得0.4-0.8 mm的渗氮层深度,并且渗氮保持时间必须超过60条线。为了缩短渗氮周期,目前的快速渗氮方法包括真空渗氮,辉光离子渗氮,卤化物催化渗氮和高频感应加热渗氮。离子渗氮等工艺不仅可以大大缩短渗氮时间,还可以减少渗氮层的脆性,并显着提高钢的韧性和疲劳强度。渗氮后通常不对钢零件进行热处理。为了提高钢芯的韧性,必须在氮化前对其进行调质。

    2。真空氮化

    真空氮化是在真空炉中进行的,真空度为1.3 * 101.3 * 10 -2Pa。模具被加热到°C,氨气通过。压力保持在9.1 * 1.36.5 * 104 Pa。然后保温,时间取决于工艺要求。保温结束时,停止加热,抽真空至65.01.3 Pa,然后将零件从分解的氨气中冷却出来。处理后,模具钢可以获得厚度为0.12mm且显微硬度为1000-1100HV的均匀氮化层。真空氮化可以方便地控制大气中的氮势,从而避免形成脆性的8相。

    3。离子氮化和离子软氮化

    离子氮化是为解决低气体氮化和长时间问题而开发的工艺。它不仅具有普通渗氮的所有优点,而且具有很快的渗透速度,可以通过不同的气体成分控制渗氮结构,降低渗氮层的表面脆性,使渗透层的硬度分布均匀,不易引起剥落和热疲劳,并节省能源。且无污染等优点。因此,它已被应用于几乎所有的模具,包括塑料模具。然而,离子渗氮难以获得具有复杂形状的塑料模具的均匀的加热和可渗透层,并且可渗透层较浅,并且温度均匀性仍有待解决。

    离子氮化的过程是,将:工件清洗并放在炉子的阴极盘上(或悬挂在阴极分布器上)。阴极连接到直流电源的负极。真空室外壳连接到直流电源的正极并接地。真空室中的压力被抽至大约6 Pa,也就是说,氨被净化,并且压力被保持在1.3×102-1.3×103 Pa。由于减压和随后的加热,氨气被分解。当在阳极和阳极之间施加高压直流电,并且电压升高到约400 V时,在炉中会发生辉光放电现象。此时,炉中的气体在高压电场的作用下被离子化并分解为N-,H +离子和电子。正离子轰击工件的表面,而氮离子则渗透到工件的表面以形成诸如FeN和Fe2N的化合物。含氮化合物层的形成改善了零件表面的耐磨性,疲劳强度和耐腐蚀性。离子氮化的温度通常为500-600°C。

    离子软氮化,即离子氮碳共渗是一种电离过程,其中将含碳气体(例如丙酮或乙醇蒸气或丙烷气)同时引入到离子氮化气氛中。离子软氮化可以有效地增强碳钢,合金钢,铸铁等材料。常用的过程是33,360丙酮蒸气与氨的流量之比为1/81/10,炉内真空度为(1.332.66)×103Pa,温度为°C,时间为2 4行。离子软氮化可用于各种齿轮,轴,活塞环,气缸套,气门挺杆,阀板,针板和模具以及切削工具的表面强化。

    资料来源:《模具材料与表面处理》康俊元,主编。北京:北京理工大学出版社,2007。6

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