H13模具钢气体硬氮化与气体软氮化对比分析技术
导 读
厚德载物,传递能量;喜欢你喜欢,点击顶部分享交流平台 H13对比分析了模具钢气体硬氮化和气体软氮化的原理、工艺参数和组织性能。结果表明,气体硬氮化和气体软氮化各有优缺点,应采用适合企业实际情况的氮化方法。关键词:气体硬氮化、气体软氮化、H13挤压模具钢和铝型材DAXINGcp
1
1、前言H13模具钢含碳和钒含量高,耐磨性好,韧性相对较弱,耐热性好,强度和硬度高,耐磨韧性高,综合力学性能优异,抗回火稳定性高,是应用最广泛、最具代表性的热模具钢。H13模具钢在使用前经过适当的淬火 回火等热处理,可获得优异的综合性能。挤压模具直接接触高温锭,同时承受高温、高压、剧烈摩擦,工作条件极差,容易磨损和疲劳,显著降低模具的使用寿命。H13钢模具的表面改性是全面提高模具寿命的关键。采用表面渗氮技术提高模具材料的表面质量是一种低成本、方便、实用的处理方法。目前常用的氮化方法有气体氮化、液体氮化、光离子氮化、真空氮化等。气体氮化可分为硬氮化和软氮化。2
1.2
2、气体硬氮化2.1、原理气体硬氮化,即气体渗氮,是指氮原子在一定温度下渗入钢表面的化学热处理工艺。为了区分它与气体软氮化,也称为气体硬氮化。当气体渗氮时,将工件放入炉中并放置NH3气体直接输入500~~560℃在氮化炉内, NH3气体在高于480℃时经热分解如下:2NH3 →2〔N〕 3 H2分解的氮原子大多生成N2气体,少量活性氮原子被工件表面吸收,然后扩散到工件内部。一段时间后,工件表面获得一定深度的氮化层。氮化层包括外层的化合层(也称为白色亮层)和相邻的扩散层(也称为暗黑色层)。白色亮层对磨损起着决定性的作用。气体渗氮后,其组织主要为ε相与γ′相、处理不当容易产生ξ相,应尽量避免ξ相的产生。ε相和γ′化合物层(白亮层)硬度高,结构致密,耐磨性好;ε电极电位高,耐腐蚀性好;因此提高了工件的耐磨性和耐腐蚀性。铁和合金元素在基体中(Mo、V、Cr等)与氮具有较强的亲和力,与氮原子形成多种合金氮化物,显著提高氮层的硬度;各种氮化物的比例大于铁。氮渗透后,材料表面形成较大的残余压力应力,可抵消无外拉应力,显著提高钢的抗高周疲劳性能。2.2、氮化规律气体氮化的主要工艺参数是氮化温度、氮化时间和氨分解率。它们对渗氮速度、氮化层深度、氮化层硬度和耐磨性、耐腐蚀性和韧性有很大的影响。当氮化时间与氨分解率相同时,随着温度的升高,氮化层增厚,氮化弥散度降低。当温度升高时580℃以上后,表面硬度下降。当氮化温度降低时,氮原子扩散速度减慢,渗透层浅,表面硬度高,脆性大。氮化温度一般控制在520-540℃。根据温度的不同,氨分解率一般控制在20%-60在%范围内,通常在40%左右。氨分解率大于60%会降低氮化层的硬度和耐磨性;大于70%后,氮化层的深度会急剧下降。氮化保温时间取决于氮化温度和氮化层的深度要求。保温时间越长,氮化层越深,但渗透硬度会降低。3
1.2
3、气体软氮化3.1、原理气体软氮化,即气体氮碳共渗,是指以气体渗氮为主,以渗碳为辅的低温氮碳共渗。常用介质有50%氨 50%吸热气体(Nitemper法);35%-50%氨气 50-60%放热气体(Nitroc方法)和通氨时滴注乙醇或甲酰胺。在软氮化过程中,由于碳原子在软氮化过程中ε软氮的表面是碳和氮的常见化合物,具有良好的韧性和耐磨性。在气体软氮化过程中,由于碳原子的溶解度很低,很快达到饱和状态,沉淀出许多超微渗碳点。这些渗碳点作为氮化物结晶的核心,促进了氮化物的形成。当表面氮浓度达到一定水平时,就会形成ε相,而ε相的碳溶解能力很高,反过来可以加速碳的溶解。气体软氮化后,其组织由ε相,γ′含氮渗碳体相和Fe3(C,N)碳会降低氮的扩散速度,因此热应力和组织应力大于硬氮,渗层更薄。但与此同时,由于没有软氮化层ξ因此,氮化层的韧性优于硬氮化后。3.2、气体软氮化的主要工艺参数是氮化温度、氮化时间和氮化气氛。常用于气体软氮化温度560-570℃,氮化层在这种温度下硬度最高。氮化时间通常为3-4小时,因为化合物层的硬度在共渗2-3氮化层的深度随着时间的推移而缓慢增加。氮化气氛由氨分解率和含碳渗剂的滴速决定。4
4、对比分析4.1、试验内容取同一批H13模具钢共4件,其中2件用于气体硬氮化,另外2件用于气体软氮化。气体硬氮化的氮化工艺如下:氮化温度530±10℃,氮化时间15小时,氨分解率25%-30%。样品编号为1-2数字。氨和甲酰胺是气体软氮化的共渗介质,氮化工艺如下:氮化温度570±10℃,保温期氨分解率控制在25%-30%,甲酰胺滴量为70-80滴/分,保温时间3-4小时;净化期氨图1是获得样品渗氮层硬度梯度的比较。由此可见,四个样品的表面硬度和硬度梯度曲线相似,说明H13经气体硬氮化和气体软氮化后,模具钢的渗氮层硬度相差不大。表面硬度达到1000-1200HV,所有这些都可以满足铝型材热挤压的需要。气体软氮化硬度曲线较陡的特性尚未显示,这可能是测量渗透深度不足的原因。图2至图5为1-4氮化后白亮层的金相显微图显示,四个样品的白亮层厚度差距很小。图2图3图4图55
1.2
5、结论
H13模具钢气体硬氮化和气体软氮化后,硬度与白亮层之间的差距很小,可以更好地适应铝型材热挤压的工作环境。气体软氮化效率较高,但工艺相对复杂,对操作人员的要求较高。铝型材制造商应根据自己的需要和实际情况选择适合公司的氮化方法。6
1.2
参考文献
潘建生 胡明娟,热处理工艺,高等教育出版社,2009-01
中南大学出版社吴锡坤,铝型材加工实用技术手册,2006
机械工业出版社蔡美良 丁蕙林 孟沪龙,新编工模具钢金相热处理,2001-05
楼芬丽 张开 张建华 方国平,H13钢表面处理技术,金属热处理,2002,27(6):28-30
1998年,邓汝荣 郭海涛,铝型材挤压模气体软氮化工艺,21(2):28-31
● 新铝型材挤压后续的表面处理工艺
● 新经典大型铝型材复杂模具设计成功方案25例
● 铝挤压模具设计技术高效实用
● 各种特殊铝合金生产技术及模具设计分析
● 铝型材壁厚和悬臂大的特殊模具设计
● 大型挤压模具设计及挤压缺陷及质量分析
● 深入分析铝型材挤压焊接、条纹、暗痕的控制和消除方法
● 这里有20个最新修模大师的绝招,值得深入研究,图文解说!
● 新统计42种新铝合金一模多出 (孔 )挤压特性及设计技术
● 详细的设计步骤(包括电子地图)教你如何用平整度测量模具工作。
感谢您抽出 · 来阅读此文更多材料及技术问题请咨询 张经理:13952444299 (微信同号)