宋帆

（陜西長(zhǎng)嶺電氣有限責(zé)任公司，陜西 寶雞 721006）

氮化與軟氮化在模具表面強(qiáng)化處理中的運(yùn)用

宋帆

（陜西長(zhǎng)嶺電氣有限責(zé)任公司，陜西 寶雞 721006）

本文從氮化與軟氮化概念分析入手，明確了氮化與軟氮化的過(guò)程和原理，之后探討了氮化與軟氮化在熱作模具、冷作模具以及橡塑模具等模具表面強(qiáng)化處理中的應(yīng)用，旨在為相關(guān)模具表面強(qiáng)化處理實(shí)踐提供參考。

氮化；軟氮化；模具；表面強(qiáng)化

0　引言

氮化與軟氮化技術(shù)是模具表面強(qiáng)化的重要手段，對(duì)于提升模具使用性能、延長(zhǎng)模具使用壽命有著重要的作用?；谝陨?，本文從氮化與軟氮化的概念著手，探討了其在模具表面強(qiáng)化處理中的應(yīng)用要點(diǎn)。

1　氮化與軟氮化概述

氮化處理即滲氮處理，指的是將已經(jīng)調(diào)質(zhì)和加工完成的零件放置到氨氣等含氮介質(zhì)中，保持在500~540℃環(huán)境下一定的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)介質(zhì)分解，生成活性氮原子，氮原子深入到零件的表面層，從而在零件表面形成一定深度的擴(kuò)散層和一定厚度的白亮層，實(shí)現(xiàn)零件表面強(qiáng)化的作用。

軟氮化指的是氮碳共滲，以氮化處理為基礎(chǔ)，在滲氮介質(zhì)中加入一定量的弱滲碳劑，在滲氮的額基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)碳原子向零件表面層的深入，將滲氮與滲碳結(jié)合。經(jīng)過(guò)軟氮化處理后，擴(kuò)散層和白亮層中深入了碳原子，能夠增加滲速，降低白亮層脆性，優(yōu)化零件表面強(qiáng)化效果。

氮化與軟氮化有著一定的區(qū)別，在軟氮化處理過(guò)程中，將將含碳物質(zhì)作為弱滲碳劑添加到介質(zhì)中，分解出的碳能夠在碳化物相中溶解，從而降低化合物層脆性，提升硬度。就目前來(lái)看，二氧化碳、甲醇等是應(yīng)用比較廣泛的碳元素添加劑，這兩種碳元素添加劑的應(yīng)用效果有著一定的差異性，其中甲醇對(duì)于爐氣中的氮?jiǎng)萦兄档偷淖饔茫趸紝?duì)爐氣中的氮?jiǎng)輨t有著增加的作用。

2　氮化與軟氮化在模具表面強(qiáng)化處理中的運(yùn)用

2.1在熱作模具中的運(yùn)用

對(duì)金屬或液態(tài)金屬進(jìn)行加熱，保證溫度達(dá)到其再結(jié)晶溫度之上，對(duì)熔融態(tài)金屬進(jìn)行壓制，制得金屬型材或相關(guān)金屬工件，這個(gè)過(guò)程中利用的模具就是熱作模具，常見(jiàn)的熱作模具主要包括有色金屬壓鑄模具、熱擠壓模具、熱鍛壓模具以及熱沖壓模具等等，熱作模具的工作溫度通常在700℃以上，其中熱鍛模具的工作溫度能夠達(dá)到1 000℃以上[1]，模具與加熱后的金屬或液態(tài)金屬接觸，其工作環(huán)境相對(duì)惡劣，會(huì)受到極冷極熱作用的影響，在這樣的背景下，模具受到的交變應(yīng)力作用是十分復(fù)雜的，很容易出現(xiàn)模具龜裂或局部塌陷等問(wèn)題，從而對(duì)壓制效果產(chǎn)生不良影響。

通過(guò)滲氮、多元共滲、軟氮化等處理之后，熱作模具表面的熱硬性以及抗腐蝕能力提升，同時(shí)在模具表面會(huì)形成壓應(yīng)力，這就能夠有效提升模具的抗疲勞特性，實(shí)現(xiàn)模具表面強(qiáng)化的效果。由此可見(jiàn)，對(duì)于上述熱作模具來(lái)說(shuō)，氮化與軟氮化處理的應(yīng)用都能夠?qū)δ＞弑砻嫫鸬綇?qiáng)化作用，對(duì)于提升模具的使用壽命有著積極的意義，下面以三種熱作模具為例進(jìn)行具體分析。

2.1.1熱鍛模具

對(duì)于熱鍛工藝來(lái)說(shuō)，其對(duì)模具的強(qiáng)度、硬度、抗變形能力、抗沖擊破壞能力等有著較高的要求?？梢圆捎枚虝r(shí)氮化或軟氮化處理的方式來(lái)強(qiáng)化模具表面，降低模具表面與鍛件之間的摩擦，提升滑動(dòng)性能，以此可降低粘附、熱膠著以及咬合等問(wèn)題的發(fā)生概率。

此外，氮化與軟氮化處理還能夠提升熱鍛模具的抗氧化性和耐磨性，在對(duì)熱鍛模具進(jìn)行氮化處理或軟氮化處理之后，為了消除應(yīng)力松弛化問(wèn)題，還可以盡心重復(fù)氮化處理，提升熱鍛模具的使用壽命。據(jù)相關(guān)研究顯示，氮化和軟氮化后的熱鍛模具壽命能夠提升3~10倍之間。

2.1.2鋁型材模具

對(duì)于鋁型材模具來(lái)說(shuō)，內(nèi)孔磨損和拉傷等問(wèn)題的出現(xiàn)可能導(dǎo)致模具失效，對(duì)鋁型材模具進(jìn)行軟氮化處理之后，可以在內(nèi)孔工作面形成化合物層，化合物層厚度可達(dá)10 μm以上，硬度可達(dá)1 000 HV以上，這就大大提升了鋁型材模具內(nèi)孔的耐磨性，使得模具與鋁材之間的摩擦系數(shù)降低，有效避免了內(nèi)孔磨損和拉傷等問(wèn)題的出現(xiàn)。在軟氮化處理過(guò)程中需要注意的是，在對(duì)鋁型材模具進(jìn)行軟氮化處理之后，模塊心部的應(yīng)當(dāng)能夠達(dá)到50HRC以上，這就對(duì)采用H13制造的熱擠壓磨具軟氮化處理提出了更高的要求，在軟氮化處理之前需要進(jìn)行淬火+高溫處理。

2.1.3壓鑄模具

壓鑄模具一般為鋁合金壓鑄模，在預(yù)處理的過(guò)程中，需要進(jìn)行1 020~1 050℃的淬火處理，之后進(jìn)行560~600℃的回火處理，其硬度保持在40~45 HRC之間，在經(jīng)過(guò)以上熱處理之后，對(duì)模具進(jìn)行軟氮化處理，在壓鑄模具表面會(huì)形成三層物質(zhì)，分別是較淺的氧化膜、厚度在10 μm左右的化合物層以及一定深度的擴(kuò)散層，模具此時(shí)的表面硬度能夠達(dá)到900 HV左右，實(shí)現(xiàn)了表面強(qiáng)化作用。

此外，在進(jìn)行氧氮化處理之后，壓鑄模具表面會(huì)形成900 MPa的壓應(yīng)力，有效解決了粘膜傾向的問(wèn)題，對(duì)于模具表面抗熱疲勞能力和耐磨性能的提升有著積極的意義，在冷熱循環(huán)過(guò)程中在模具表面出現(xiàn)裂紋，從而提升壓鑄模具的使用壽命[2]。

2.2在冷作模具中的運(yùn)用

從理論上來(lái)看，對(duì)于沖制鋼板的沖裁模具來(lái)說(shuō)，其在工作的過(guò)程中受到的沖擊作用較大，因此不適合進(jìn)行氮化處理或軟氮化處理。但一些特殊的冷作模具則可以進(jìn)行氮化處理或軟氮化處理來(lái)實(shí)現(xiàn)表面強(qiáng)化[3]。例如沖制有色金屬板材或絕緣板材的沖裁模具就可以進(jìn)行軟氮化處理，而流線(xiàn)型壓型模具以及搓絲板模具在工作的過(guò)程中受到的載荷比較平穩(wěn)，因此也可以進(jìn)行軟氮化處理。

2.3在橡塑模具中的運(yùn)用

橡塑模具主要指的是壓制水杯、電器開(kāi)關(guān)等橡塑制品成型的模具，橡塑模具在工作的過(guò)程中會(huì)與壓制坯料產(chǎn)生摩擦作用，導(dǎo)致模具表面磨損。

對(duì)于像素材料來(lái)說(shuō)，其內(nèi)部含有一定的輔助材料，例如填充劑等，而在熱狀態(tài)下，這些輔助材料對(duì)于模具有著一定的腐蝕作用，在200~400℃工作環(huán)境下，會(huì)導(dǎo)致橡塑模具出現(xiàn)磨損、腐蝕以及粘模等問(wèn)題。對(duì)橡塑模具的服役條件和失效形式進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，橡塑模具對(duì)于強(qiáng)度的要求不高，其對(duì)于硬度的要求主要是為了提升橡塑模具表面的耐磨性能。

因此，一般橡塑模具的材質(zhì)大部分為碳素鋼結(jié)構(gòu)或低合金結(jié)構(gòu)鋼，這些材料價(jià)格低廉，在對(duì)模具進(jìn)行氮化處理或軟氮化處理之后，能夠在模具表面形成白層，這就有效提升了橡塑模具的耐磨性、抗粘著能力以及抗腐蝕能力，此外，橡塑模具也可以在修模之后進(jìn)行重復(fù)軟氮化處理，大大延長(zhǎng)了模具的使用壽命，提升了模具的使用效益。

對(duì)于熱固性塑料來(lái)說(shuō)，在壓制的過(guò)程中其會(huì)對(duì)模具表面產(chǎn)生嚴(yán)重的摩擦，導(dǎo)致工作面拉毛、型腔表面粗糙等問(wèn)題的出現(xiàn)，需要進(jìn)行頻繁的打磨和拋光，這就降低型腔的幾何精度，加速了模具的失效。許多塑料中含有固體無(wú)機(jī)填充材料，例如硅砂、云母粉以及玻璃纖維等，這也會(huì)加劇磨損。

一些塑料中含有氟和氯等元素，在加熱的條件下會(huì)析出HCL和HF等強(qiáng)腐蝕性的氣體，這就對(duì)模具表面產(chǎn)生了腐蝕作用，利用軟氮化進(jìn)行處理則可以形成一定厚度的白亮層，提升了模具表面的抗腐蝕性，實(shí)現(xiàn)了表面強(qiáng)化效果，延長(zhǎng)模具使用壽命。

3　結(jié)論

綜上所述，氮化與軟氮化是模具表面強(qiáng)化處理的重要手段，其在熱作模具、冷作模具以及橡塑模具等模具的表面強(qiáng)化處理中都有著重要的運(yùn)用，且強(qiáng)化處理效果良好，能夠有效提升模具的使用性能，延長(zhǎng)模具的使用壽命。

[1] 孫睿，鄒春華. 氮化與軟氮化在模具表面強(qiáng)化處理方面的應(yīng)用分析[J]. 模具制造，2015,02:77~82.

[2] 高原. 新型高Cr熱作模具鋼表面軟氮化處理對(duì)熱疲勞和高溫磨損的影響[D].吉林大學(xué)，2011.

[3] 姬金金. 熱鍛模具表面噴丸滲氮強(qiáng)化研究[D].重慶大學(xué)，2013.

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