(上接)模具鋼材氮化缺陷的原因分析及解決方案(一)

缺陷四：氮化模具畸變
(1)、原因分析。模具設計不合理。形狀復雜不對稱，厚薄懸殊過大，有較多尖角銳邊；氮化前模具存在較大組織應力和機械冷加工應力未消除；滲氮爐內溫度不均勻，加熱升溫速度過快，模具出爐時冷卻速度大；模具裝掛不合理與滲氮面不對稱；滲氮層比容較大，產生組織應力與滲氮層厚度成正比，滲氮層愈厚，產生組織應力與比容愈大。模具在上述多種應力作用下發生畸變，微量畸變可通過最后磨削加工去除，而超差畸變則影響裝配和使用壽命，甚至成為廢品，因此必須采取有效措施，把畸變控制在公差范圍內。東莞市弘超模具科技有限公司提供模具氮化缺陷解決方案一站式服務。
(2)、解決措施。改進設計，增加工藝孔和加強筋，用圓角半徑代替尖角銳邊，盡量使模具對稱，避免厚薄懸殊過大，減少應力集中；氮化前在稍低于調質回火溫度下回火1~2h，消除冷加工應力；科學合理裝掛模具，防止自重作用發生畸變，確保NH₃氣循環暢通，不氮化易畸變部位，留足加工余量，以便氮化后去除畸變部位；模具氮化，低溫入爐，緩慢升溫，升溫速度以(50~70)℃/h為宜，保溫后隨爐降溫至≤200℃出爐空冷，減少組織應力和熱應力；選擇適合滲氮方法，制訂合理滲氮工藝，對易畸變復雜模具宜選用輝光離子氮化等措施，確保氮化模具畸變在允許公差范圍內或無畸變。對形狀簡單模具畸變可進行校正，在稍低于氮化溫度下加熱保溫，熱透后趁熱校正，校正后進行≤400℃x2h去應力退火處理。
缺陷五：氮化層耐腐蝕性差
(1)、原因分析。當氮化鋼件表面形成一層致密的、化學穩定性很高的ε相層(厚約0.015~0.060mm)時，模具有良好的抗腐蝕性能，但當ε相層過薄(<0.15mm)或過厚(>0.06mm)時，因導致ε相不夠致密，均會降低抗腐蝕性能。實驗表明，ε相層含氮量在6.1%~8.5%時均有較好抗腐蝕性能；但當ε相層含氮量<6.1%或>8.5%時，均會降低氮化層耐腐蝕性。鋼件表面有銹蝕、污垢、磨痕、刀痕和模具表面粗糙大，將影響形成致密氮化層；氣體滲氮爐內分解率太高，產生活性［N］原子不足和滲氮保溫時間短，將會導致模具滲氮層表面氮濃度不足，無法形成致密的ε相層，而是生成有孔隙、不耐蝕ε相；氮化前模具表面有銹跡、銹蝕，滲氮后銹蝕加重，銹蝕引發模具服役時使產品失去光潔度和尺寸精度，導致模具早期銹蝕磨損失效。
(2)、解決措施。選用DK-1型等氮勢控制儀，能有效控制滲氮相層組織成分，形成含氮濃度為6.1%~8.5%、厚度為0.015~0.060mm致密的、高穩定性的ε相層；氮化模具鋼材應進行鍛造，鍛造成形后承高溫余熱淬火加高溫回火，或鍛后緩冷后進行正火或球化退火預處理，細化原始組織，細化碳化物，細化晶粒，提高橫向機械力學性能，為氮化形成致密的ε相層創造組織條件；模具型面應研磨加工、精拋光，降低表面粗糙度；氮化模具表面應保持清潔干凈，無銹蝕、污物，制訂能形成致密ε相層的氮化工藝，選定合適的NH₃分解率和足夠的滲氮保溫時間與滲氮保溫后隨爐冷至180℃~200℃取出空冷等上述措施，有效避免模具服役時發生銹蝕，延長模具使用壽命。允許對滲氮層不致密模具補滲氮一次，返修時拋光模具型面，清洗干凈后按修訂氮化工藝滲氮，達到質量標準。東莞弘超-努力打造制造業領域最專業的模具鋼材銷售商和服務商。
缺陷六：氮化模具表面氧化
(1)、原因分析。模具經氮化后正常顏色是無光澤銀灰色，若表面出現藍色、黃色或其它顏色，表明已被氧化著色，既影響外觀，又會影響表面硬度和耐磨性。造成鋼件表面氧化是因滲氮罐和爐蓋密封不嚴，爐內出現負壓，外部空氣倒灌爐內和NH3氣含水(H 0)過量及滲氮保溫后隨爐冷卻時供NH₃，不足，吸入空氣，或出爐溫度過高，模具在空氣中被氧化，與干燥劑失效等原因導致氮化模具表面氧化。氮化爐內有H₂O、CO₂、O₂等氣體時在加熱時便與鋼件中Fe發生化學反應，生成氧化鐵薄膜：
2Fe+O₂→2FeO
Fe+CO₂→FeO+CO↑
Fe+H₂O→Fe0+H₂↑
同樣，若儀表失靈，爐內溫度過高，鋼件在爐氣作用下，鋼中碳(C)便和爐氣發生化學反應，使鋼件脫碳：
Fe(C)+O₂→Fe+2CO
Fe(C)+CO₂→Fe+2CO
Fe(C)+2H₂O→Fe+CH₄+O₂或
Fe(C)+H₂O→Fe+H₂+CO
(2)、解決措施。滲氮前檢查滲氮罐、爐蓋、風扇軸及供氨系統密封性,發現漏氣應及時修理或更換，氮化設備密封完好方可投產；NH₃氣含水量應≤0.15%為宜，NH₃氣用干燥劑使用一次后應更換或經烘干后再用，氨氣分解測定儀應保持良好工作狀態；滲氮保溫和冷卻過程應繼續通入適量NH₃氣維持爐內正壓，模具出爐溫度要≤200℃或滲氮保溫后迅速出爐油冷，油冷既可提高抗疲勞強度，因氮化層有較大壓應力，又可避免氧化。對已氧化著色模具，可在低壓下噴細砂去除或拋光去除氧化色后按修訂后工藝補滲氮一次，使其達到技術要求。

缺陷七：氮化模具表面腐蝕
(1)、原因分析。模具在較長時間于潮濕、堿性、酸性環境下保管和服役；傳統氣體氮化生產周期長、效率低、成本高，采用NH₄Cl催滲，能有效縮短生產周期，節電省時，增加效益。在氮化溫度下，NH₄Cl分解為NH₃和HCl，HCl能腐蝕掉金屬表面氧化膜，減少活性［N］原子滲入鋼件阻力，從而加速氮化進程。但若過量腐蝕會造成氮化缺陷，破壞表面粗糙度，形成腐蝕坑，降低抗疲勞強度，影響產品光潔度和精度及模具使用壽命。
(2)、解決措施。盡量避免模具在潮濕、酸性、堿性環境下保管和工作；將固體NH₄Cl與烘干后的石英砂按照1:200均勻混合后，以(0.6~1.0)kg/m³(氮化罐容積)裝于氮化罐底部，與氮化模具保持一定距離，避免NH₄Cl與模具直接接觸，該措施能有效防止模具表面被腐蝕。模具表面若腐蝕嚴重不能用，對輕微腐蝕模具經低壓噴細砂或拋光清除模具表面腐蝕后，用汽油或酒精清洗干凈表面，按正常滲氮工藝補氮化2-3h，使其達到技術要求。
未完待續
(下轉) 模具鋼材氮化缺陷的原因分析及解決方案(三)

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