离子渗氮工艺对工模具质量的影响
<p> 离子渗氮或多元共渗是近来发展起来的化学热处理方式之一,这种工艺具有渗氮速度快、渗层质量好、变形小、无污染、节能、节气等特点,能显著提高零部件的硬度、耐磨性和抗咬合力,提高疲劳强度,从而提高工模具的质量和使用寿命。</p><p> 影响离子渗氮质量的因素很多,文献研究表明主要有电流类型、电流密度、辉光电压、气体气氛、气体压力、氮化温度和保温时间等。本文主要研究的内容是用不同的脉冲电源(电参数),在不同气体成分和压力(气氛参数)下,对常用于制作工模具的材料进行3种不同电源的普通离子渗氮和加ma,渗氮工艺的实验,并对其金相组织、表面硬度和渗氮层厚度进行测量。</p>
<p> 试件和试验条件</p>
<p> 离子渗氮工艺试验是在杭州某公司生产的设备上进行的。</p>
<p> 对于普通离子渗氮工艺,电源分别用直流电源、BTO斩波脉冲电源和IGBT逆变型脉冲电源,分别进行试验;电流密度为,气体成分为NH3+N2,其中N/H=4,保温时间为8h,处理温度均选用5200C,压升率控制在8Pa/h以下,气体压力分别为500Pa, 650Pa, 800Pa,辉光电压分别为500V、650V、800V。</p>
<p> 对于加氩渗氮工艺采用直流电源,气体成分为NH3/Ar=1:2,保温时间为5h,处理温度为500°,气压为200Pa,电流密度为,辉光电压为750V。</p>
<p> 试验结果和分析</p>
<p> 渗氮处理后将试件切开,进行金相分析、硬度测试和渗氮层厚度测量。</p>
<p> 1.顶部a点处的化合物层厚度较厚,约有15μm;而槽的下部c点处的化合物层厚度较薄,约为a点处的一半(7-8μm);上部b处的化合物则很薄,大约只有2-3μm。</p>
<p> 2.气氛压力越高时渗氮硬度就越高;3种电源中,用IBGT逆变脉冲电源时的渗氮硬度最高,用BTO斩波脉冲电源次之,用直流电源渗氮时渗氮层硬度最低。另外,辉光电压越高渗氮层硬度也越高,但对3种电源的影响程度不同,其中用IBGT逆变脉冲电源时的影响较大,用IBGT逆变脉冲电源渗氮时辉光电压在700-800V、气氛压力为650-800Pa时效果较佳。</p>
<p> 3.在用IBGT逆变脉冲电源进行渗氮时,顶部。处的硬度高,且受辉光电压和气氛压力的影响较小;但在上部b处则明显受辉光电压和气氛压力的影响;而下部c点处的影响也较大,但略小于底部。</p>
<p> 4.加氢工艺有利于提高渗氮层的表面硬度,原因是合金氮化物的弥散强化效应所致;从硬度梯度的分布可见,加氩渗氮有利于氮的扩散,使其内部一定厚度内有ν'相或α+ν'相存在;而普通工艺用直流电源渗氮层较薄,硬度也低。</p>
<p> 结语</p>
<p> 1.对于带窄缝工模具的离子渗氮工艺,无论模具材料采用哪一种,用IGBT逆变型脉冲电源的效果最好。2.用普通直流电源和普通脉冲电源进行渗氮处理时,在窄缝深处的渗氮效果很差,其硬度与未经处理的原材料相差无几,不适合其渗氮处理。3.带窄缝的工模具进行离子渗氮时,气氛压力宜高(800Pa时最好),辉光电压宜高(780V时最好),但气氛压力和辉光电压不能无限制地增大,所以改用电流类型是比较好的方法。4.加氩工艺有利于氮的扩散,减少表面ε相层和强化氮化物的弥散效果。</p>
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