模具钢材氮化缺陷的原因分析及解决方案(二)(图)

发布者: 发布时间:2014/1/3 9:00:10 阅读:次 【字体:

模具钢材氮化缺陷的原因分析及解决方案(二)

缺陷四:氮化模具畸变

(1)原因分析。模具设计不合理。形状复杂不对称,厚薄悬殊过大,有较多尖角锐边;氮化前模具存在较大组织应力和机械冷加工应力未消除;渗氮炉内温度不均匀,加热升温速度过快,模具出炉时冷却速度大;模具装挂不合理与渗氮面不对称;渗氮层比容较大,产生组织应力与渗氮层厚度成正比,渗氮层愈厚,产生组织应力与比容愈大。模具在上述多种应力作用下发生畸变,微量畸变可通过最后磨削加工去除,而超差畸变则影响装配和使用寿命,甚至成为废品,因此必须采取有效措施,把畸变控制在公差范围内。

(2)解决措施。改进设计,增加工艺孔和加强筋,用圆角半径代替尖角锐边,尽量使模具对称,避免厚薄悬殊过大,减少应力集中;氮化前在稍低于调质回火温度下回火1~2h,消除冷加工应力;科学合理装挂模具,防止自重作用发生畸变,确保NH3气循环畅通,不氮化易畸变部位,留足加工余量,以便氮化后去除畸变部位;模具氮化,低温入炉,缓慢升温,升温速度以(50~70)℃/h为宜,保温后随炉降温至≤200℃出炉空冷,减少组织应力和热应力;选择适合渗氮方法,制订合理渗氮工艺,对易畸变复杂模具宜选用辉光离子氮化等措施,确保氮化模具畸变在允许公差范围内或无畸变。对形状简单模具畸变可进行校正,在稍低于氮化温度下加热保温,热透后趁热校正,校正后进行≤400℃x2h去应力退火处理。

缺陷五:氮化层耐腐蚀性差

(1)原因分析。当氮化钢件表面形成一层致密的、化学稳定性很高的ε相层(厚约0.015~0.060mm)时,模具有良好的抗腐蚀性能,但当ε相层过薄(<0.15mm)或过厚(>0.06mm)时,因导致ε相不够致密,均会降低抗腐蚀性能。实验表明,ε相层含氮量在6.1%~8.5%时均有较好抗腐蚀性能;但当ε相层含氮量<6.1%或>8.5%时,均会降低氮化层耐腐蚀性。钢件表面有锈蚀、污垢、磨痕、刀痕和模具表面粗糙大,将影响形成致密氮化层;气体渗氮炉内分解率太高,产生活性[N]原子不足和渗氮保温时间短,将会导致模具渗氮层表面氮浓度不足,无法形成致密的ε相层,而是生成有孔隙、不耐蚀ε相;氮化前模具表面有锈迹、锈蚀,渗氮后锈蚀加重,锈蚀引发模具服役时使产品失去光洁度和尺寸精度,导致模具早期锈蚀磨损失效。

(2)解决措施。选用DK-1型等氮势控制仪,能有效控制渗氮相层组织成分,形成含氮浓度为6.1%~8.5%、厚度为0.015~0.060mm致密的、高稳定性的ε相层;氮化模具钢材应进行锻造,锻造成形后承高温余热淬火加高温回火,或锻后缓冷后进行正火或球化退火预处理,细化原始组织,细化碳化物,细化晶粒,提高横向机械力学性能,为氮化形成致密的ε相层创造组织条件;模具型面应研磨加工、精抛光,降低表面粗糙度;氮化模具表面应保持清洁干净,无锈蚀、污物,制订能形成致密ε相层的氮化工艺,选定合适的NH3分解率和足够的渗氮保温时间与渗氮保温后随炉冷至180℃~200℃取出空冷等上述措施,有效避免模具服役时发生锈蚀,延长模具使用寿命。允许对渗氮层不致密模具补渗氮一次,返修时抛光模具型面,清洗干净后按修订氮化工艺渗氮,达到质量标准。

缺陷六:氮化模具表面氧化

(1)原因分析。模具经氮化后正常颜色是无光泽银灰色,若表面出现蓝色、黄色或其它颜色,表明已被氧化着色,既影响外观,又会影响表面硬度和耐磨性。造成钢件表面氧化是因渗氮罐和炉盖密封不严,炉内出现负压,外部空气倒灌炉内和NH3气含水(H 0)过量及渗氮保温后随炉冷却时供NH3,不足,吸入空气,或出炉温度过高,模具在空气中被氧化,与干燥剂失效等原因导致氮化模具表面氧化。氮化炉内有H2O、CO2、02等气体时在加热时便与钢件中Fe发生化学反应,生成氧化铁薄膜:

2Fe+02→2FeO

Fe+CO2→FeO+CO↑

Fe+H20→Fe0+H2↑

同样,若仪表失灵,炉内温度过高,钢件在炉气作用下,钢中碳(C)便和炉气发生化学反应,使钢件脱碳:

Fe(C)+O2→Fe+2CO

Fe(C)+CO2→Fe+2CO

Fe(C)+2H20→Fe+CH4+02或

Fe(C)+H20→Fe+H2+CO

(2)解决措施。渗氮前检查渗氮罐、炉盖、风扇轴及供氨系统密封性,发现漏气应及时修理或更换,氮化设备密封完好方可投产;NH3气含水量应≤0.15%为宜,NH3气用干燥剂使用一次后应更换或经烘干后再用,氨气分解测定仪应保持良好工作状态;渗氮保温和冷却过程应继续通入适量NH3气维持炉内正压,模具出炉温度要≤200℃或渗氮保温后迅速出炉油冷,油冷既可提高抗疲劳强度,因氮化层有较大压应力,又可避免氧化。对已氧化着色模具,可在低压下喷细砂去除或抛光去除氧化色后按修订后工艺补渗氮一次,使其达到技术要求。

缺陷七:氮化模具表面腐蚀

(1)原因分析。模具在较长时间于潮湿、碱性、酸性环境下保管和服役;传统气体氮化生产周期长、效率低、成本高,采用NH4Cl催渗,能有效缩短生产周期,节电省时,增加效益。在氮化温度下,NH4Cl分解为NH3和HCl,HCl能腐蚀掉金属表面氧化膜,减少活性[N]原子渗入钢件阻力,从而加速氮化进程。但若过量腐蚀会造成氮化缺陷,破坏表面粗糙度,形成腐蚀坑,降低抗疲劳强度,影响产品光洁度和精度及模具使用寿命。

(2)解决措施。尽量避免模具在潮湿、酸性、碱性环境下保管和工作;将固体NH4Cl与烘干后的石英砂按照1:200均匀混合后,以(0.6~1.0)kg/m3(氮化罐容积)装于氮化罐底部,与氮化模具保持一定距离,避免NH4Cl与模具直接接触,该措施能有效防止模具表面被腐蚀。模具表面若腐蚀严重不能用,对轻微腐蚀模具经低压喷细砂或抛光清除模具表面腐蚀后,用汽油或酒精清洗干净表面,按正常渗氮工艺补氮化2-3h,使其达到技术要求。

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