(上接)模具鋼材氮化缺陷的原因分析及解決方案(二)

缺陷八：滲氮層脆性大、起泡剝落有裂紋
(1)、原因分析。原材料有帶狀組織和非金屬夾雜物嚴重超標；模具設計不當，形狀復雜，厚薄不均，有較多尖角銳邊和表面積過大，活性[N]原子從多方面同時滲入，氮濃度高，形成ζ脆性相，結合不牢；滲氮介質活性太強，表面吸收大于擴散，過量活性[N]原子堆積在金屬表面，表層含氮濃度過大，超過11%，形成脆性相，因ξ相濃度大，滲層陡，大大削弱了氮化層與基體結合力，易起泡，在外力和滲后因冷速過大，產生較大內應力共同作用下，引起氮化層剝落和產生裂紋；NH₃氣含水量過大，分解率不足，強滲期溫度過高，時間過長，或原材料組織粗大，表面脫碳層末加工掉等均會導致金屬表層N濃度過大，滲氮層過陡，與基體結合不牢，使氮化層脆性大，韌性差，模具服役時在外力作用下，導致氮化層起泡、疲勞剝落和形成裂紋失效。東莞弘超提供模具鋼材氮化缺陷解決方案一站式服務，專業銷售進口最具性價比模具鋼材（日本大同模具鋼DC53、NAK80、S-STAR、NAK-PRM、PD613、NAK101、瑞典Uddeholm工具鋼VIKING、CALDIE、SLEIPNER、ORVAR SUPREME、DIEVAR、QRO90、STAVAX ESR、MIRRAX ESR、CORRAX、ELMAX等以及德國葛利茲模具鋼、日本日立模具鋼、日本不二越高速鋼、美國熔爐斯伯粉末工具鋼等）以及國產新型模具鋼（基體鋼LD、65Nb、012Al、無磁模具鋼等），配套專業的技術支持及服務。
(2)、解決措施。選用無帶狀組織，雜質少，晶粒細，碳化物小，化學成分和組織均勻，無顯微和宏觀冶金缺陷精煉模具鋼，對原材料進行鍛造，擊碎帶狀組織，細化晶粒，均勻組織，改變非金屬夾雜物形貌，消除偏析，使之細化與均勻分布于鋼基體；改進模具設計，盡量使之對稱和厚薄均勻，將尖角銳邊改成半圓角，減弱活性［N］原子堆積，避免應力集中；控制供NH₃量與分解率和保持爐內正壓力，促使活性［N］原子擴散速度稍大于金屬表面吸收速度，避免氮濃度超過11%N，消除高濃度ζ脆性相；NH₃流量愈大，爐內停留時間愈長，NH₃分解率愈高，NH₃分解率宜控制在30%~40%之間；經常更換干燥劑，每爐更換一次，確保NH₃氣中水≤0.015%+H₂O；采用精密多段控溫，控溫精度≤±1.5℃；確保模具工作表面粗糙度Ra0.21μm；選用輝光離子氮化等新技術、新工藝，縮短強滲期時間，延長擴散期時間，可降低滲層氮濃度，使氮化層均勻，N濃度和硬度梯度由表至內平緩等上述措施，可消除ζ脆性相和氮化層起泡與裂紋，增強氮化層韌性，提高滲氮層與基體結合力，抗沖擊、抗剝落性強，延長模具使用壽命。返修時清理干凈滲氮表面后，置于550℃~560℃氮化爐中保溫10~15h，在較低NH₃分解率氣氛中擴散處理，再經金相檢查，達到質量標準。
缺陷九：魚骨狀氮化物
(1)、原因分析。因NH₃氣含水超標，雜質多，分解率太低，爐內出現負壓，外部空氣倒罐，導致模具發生氧化脫碳；原材料原始組織中有大塊游離鐵素體未消除，促使模具滲氮后形成極脆的、高N濃度的魚骨狀氮化物。當模具鋼錠從1000℃~1200℃高溫奧氏體狀態經長時間緩慢冷卻擴散退火時，游離鐵素體沿奧氏體晶界及鮮理面以微細格子狀析出，晶粒粗大，正火和調質處理均無法消除，大塊鐵素體保留在氮化過程中，因金屬表層鐵索體吸氮能力特強，使氮元素富集，導致高濃度氮化物沿一定晶面呈魚骨狀析出，急劇降低晶界之間，晶粒之間結合力，使氮化層組織性能急劇惡化，韌性低劣，脆性極大，無法使用。
(2)、解決措施。滲氮前嚴格檢查氮化罐與爐蓋及供氨系統應密封無滲漏，確保滲氮過程爐內維持正壓和NH₃分解率不小于25%，避免外部空氣倒灌爐內發生鋼件氧化脫碳；嚴格控制氨氣含水量≤0.15%和雜質不得超標，裝爐前更換氨氣用十燥劑，裝爐后徹底排除爐內非滲氮氣氛；加強原材料原始組織檢查，不使用有大塊鐵素體組織原材料。若需利用該材料必須改鍛，擊碎粗大塊狀鐵素體組織，鍛后正火處理進一步細化組織，再按正常調質預處理，以獲得氮化前所需均勻細密的回火索氏體組織；對有魚骨狀氮化物模具，應采取退氮處理，若有磨量，磨去魚骨狀氮化物后，按修訂工藝補滲氮一次，經金相檢查組織性能合格后方可利用。
缺陷十：網狀、波紋狀和針狀氮化物
(1)、原因分析。氮化時氮化物沿晶界擴展形成網狀、波紋狀、針狀氮化物，脆性大，韌性差，耐沖擊和耐磨損性能低，服役時在外力作用下易產生疲勞剝落。模具氮化前調質預處理淬火加熱溫度偏高，晶粒粗大(≤7級)和嚴重氧化脫碳；控溫儀表失靈，爐內實際溫度大大高于儀表指標溫度，造成滲氮溫度過高，使氮化物聚集長大，彌散度降低；模具設計不當，有過多尖角銳邊，易形成高濃度氮化物；NH₃氣含有過量水，干燥劑失效和NH₃分解率太低，產生過量活性［N］原子堆集于晶界和氮化升溫加熱速度和保溫后出爐冷卻速度快等原因，均會導致網狀、波紋狀和針狀氮化物形成，因其脆性大，必須采取措施消除。
(2)、解決措施。制訂合理的調質預處理工藝，選用淬火加熱溫度應確保奧氏體晶粒≥8.5級，加熱在真空電爐或保護氣氛爐，也可在經充分脫氧鹽浴爐中進行，防氧化脫碳；改進設計，盡量使模具形狀對稱，厚薄不宜懸殊過大，以半圓角代替尖角銳邊；氮化溫度一般不宜超過580℃，隨爐校驗控溫儀表，加熱和冷卻速度不宜過快；投產前更換干燥劑；選用QRD-112型氨氣分解測定儀，嚴格按需控制NH₃分解率，避免爐氣氮勢過高等措施，能有效防止網狀、波紋狀和針狀高氮濃度脆性氮化物的形成。返修時將有上述脆性氮化物模具置于540℃~560℃氮化爐中保溫12~16h，擴散處理后檢查氮化層金相組織合格后投入使用。
    針對以上十種氮化缺陷分析及形成原因，采取有效措施消除氮化缺陷，確保氮化質量，提高模具使用壽命，給企業帶來經濟效益。

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