【佛山铝管厂家】离子渗氮工艺在铝型材挤压模具的运用

1.序言

高频淬火是挑唆氮原子渗透到产品工件表面内的钢材热处理方法，目地是提升产品工件的表层强度、耐磨性能、提升疲劳极限和耐腐蚀特性。它是运用二氧化氮在加温时溶解出特异性氮原子，被零件消化吸收后在其表层产生渗氮层，另外径向部外扩散的独特热处理工艺全过程。铝型材挤压成型模必须在髙压高溫及高韧性滑动摩擦力的标准下应用，因为工作状况标准极端，规定模貝材料具备高的切削性能、高溫抗压强度、耐磨性能及耐热裂工作能力。H13是关键的热作模具钢，具备优质的热强性、塑延展性、抗氧化及热疲惫抵抗力，热处理工艺形变小，是现阶段应用最普遍和最具象征性的热作模具钢种[1]。但H13冲压模具在高溫下工作台面抗黏合能力差，应用周期短。具体应用中需对模貝开展表层改性材料解决以提升使用期限。H13中有较多的Cr、Mo等原素，渗氮时要转化成丰富多彩平稳的氮化合物并使其弥漫遍布，有益于提升模貝的耐磨性能、耐热疲惫性及抗黏合性等，正离子高频淬火是现阶段常见完善的模具钢表层改性材料技术性[2]。

2.渗氮层机构的产生原理

正离子高频淬火氛围中氮和碳的成分是危害化学物质层相构造的关键要素。渗氮后的渗层包含表层化学物质层及其次表面的外扩散层，自高频淬火原材料表层向内，化学物质层机构是以FeN→Fe2N→Fe3N→Fe4N转变的，先后获得ε、γ＇、α-Fe[3]。选用体视显微镜对渗氮层机构开展剖析，用4%氰化钠乙醇对试件浸蚀，获得如下图1机构及形状：

图1 H13模具钢材渗氮层机构及形状

观查可获得表面地区为中氮奥氏体，其上遍布有1级乳白色脉状氮化合物，心部机构为奥氏体和颗粒状渗碳体。

（1）渗氮氛围对渗氮层薄厚的危害

氛围中氮量对化学物质层相构造的危害，伴随着氛围中氮量提升，化学物质层中ε相成分增加，白净层也随着变厚，氛围中加上含碳量汽体将抑止γ＇产生，而获得以ε相为主导或ε单相电构造的化学物质层。依据J.kollbel“磁控溅射-堆积”基础理论，当正离子高频淬火炉内工作中标准气压很低时，企业容积内汽体分子结构/分子总数非常少，电子器件和正离子的随意程较长，机械能很大，促使负极表层磁控溅射出去的亚铁离子的随意程较长，产品工件表层周边产生FeN及其FeN堆积到产品工件表层的概率减少，正离子机械能提升促使电子器件/离子轰击产品工件表层造成的磁控溅射效用提升，新产生的化学物质层迅速被磁控溅射；另外，因为负电子产品工件表层的正离子总数降低，为了更好地保持高频淬火溫度，务必提升工作标准电压，这时候负电子负极表层的正离子机械能扩大，负极磁控溅射速率扩大，使表层化学物质层较薄。而当工作中标准气压很高时，企业容积内汽体分子结构/分子总数提升，尽管撞击概率提升，但电子器件和正离子的随意程减少，机械能减少，促使汽体的离化率降低，另外离子轰击产品工件表层造成的磁控溅射效用降低，而沒有充足的亚铁离子产生FeN堆积，最后造成高频淬火层减薄[2]。

（2）工作中标准气压对渗氮层薄厚的危害

正离子高频淬火时，因为离子轰击功效，使ε相、γ＇相层中造成很多的与表层竖直织构的管路，此织构的造成有益于空隙分子的外扩散，但ε相、γ＇相层薄厚超出织构危害区的薄厚时，外扩散速率减慢。另外在具备多组分层的外扩散中，高频淬火层薄厚的增速决策于外扩散速率最少的那一相的外扩散全过程。当化学物质层产生一定薄厚后，在化学物质层和外扩散区的页面即创建起相对性平稳的氮浓度梯度，自此外扩散区薄厚的提高关键在于氮向內部的外扩散速率，而与工作中标准气压没有太大的关系[4]。

（3）工作中标准气压对强度的危害

图2是不一样工作中标准气压下渗氮层的强度梯度方向曲线图。在不一样工作中标准气压下正离子高频淬火后，H13的表层强度有明显提升，均在1050HV0.3之上。并且渗氮层的强度梯度方向遍布较轻缓，渗层越厚，强度梯度方向转变越轻缓，而转变轻缓的强度梯度方向对提升模具钢材的耐磨性能具备优良的实际效果。显而易见，采用适合的工作中标准气压，有益于提升模貝的耐磨性能。

图2 高频淬火层的强度梯度方向曲线图

H13钢化学物质层薄厚在渗氮前期提高较快，隔热保温2~4小时后转变并不大。一般合金工具钢在使用 溶解氨高频淬火时，随隔热保温時间增加，ε相降低，γ＇相增加，长期隔热保温后，化学物质层基本上由γ＇相构成。高频淬火时，从500℃升抵达560℃，化学物质层中ε和γ＇均提升，当升至580~600℃时，ε相忽然降低，γ＇相总数激增，当溫度升到620℃，γ＇相总数大幅度降低，升到650℃之上则化学物质层溶解。

3.结果

文中根据对挤压成型模具钢材H13高频淬火层机构的产生原理开展详细分析科学研究，对挤压成型模具钢材在高频淬火中各影响因素开展了全方位剖析。结果显示，选用有效的高频淬火加工工艺将大大的提高铝合金型材挤压成型工模貝的使用寿命及特性。正离子高频淬火时，标准气压根据危害等离子技术电弧放电特点对高频淬火层的机构和构造造成危害，标准气压过低或过高均不利高频淬火的开展。另外在全部全过程中维持低温等离子区的低氮势，以防止在表层造成γ＇氮化合物的能量源，故这时氮势应正好仅小于临界点，以使外扩散层能被氮所饱和状态，而且在强度和深层上不至于比一般 的外扩散层加化学物质层减少过多。 对H13来讲，选用N2/H2=2:1，高频淬火溫度为540℃，高频淬火時间为1h时，采用533～1066Pa的标准气压是较适合的，高频淬火后产品工件的表层强度均在1050HV0.3之上，渗层强度遍布轻缓，渗碳氢化合物层薄厚最大达9μm，高频淬火层总薄厚可以达到0.15mm上下。