离子渗氮工艺对工模具质量的影响

HEATS

　　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。

　　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。

　　试件和试验条件

+ \0 ]/ M8 m! j8 P7 o

　　离子渗氮工艺试验是在杭州某公司生产的设备上进行的。

　　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。

7 I3 e/ W) z# Y: t4 i$ ?

　　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。

　　试验结果和分析

1 f* ^9 [- m* w3 L 0 R9 I+ y' i" M* \: K' U; l7 G5 [; J

　　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。

* l4 v: l5 ^8 o0 f

　　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。

; J* b ?9 F& \7 e1 U- a& ?" h

　　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。

　　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。

2 v. v E$ W. J& N% `* U

　　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。

( ^* n3 P2 w2 Y6 o) L9 K7 N2 u

　　结语

: Z9 k: }% r7 \0 D r0 x) C" S

　　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。

1 [, u1 {; r( k+ Z