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離子滲氮工藝對工模具質量的影響

文章出處:未知 人氣:發表時間:2019-03-23 20:02
我公司生產的離子滲氮爐針對常用的工模具材料,在不同的電流類型、氣體氣氛、滲氮溫度、加氨工藝下進行離子滲氮處理,并對試件進行金相分析和硬度測量。試驗表明,帶窄縫工模具,用IGBT逆變型脈沖電源的離子滲氮工藝較為合理;加氨工藝有利于減小表面。層和增加滲氮層的硬度和厚度。 關鍵詞 離子滲氮 工模具 硬度 金相分析 輝光電壓   離子滲氮或多元共滲是近來發展起來的化學熱處理方式之一,這種工藝具有滲氮速度快、滲層質量好、變形小、無污染、節能、節氣等特點,能顯著提高零部件的硬度、耐磨性和抗咬合力,提高疲勞強度,從而提高工模具的質量和使用壽命。 影響離子滲氮質量的因素很多,文獻研究表明主要有電流類型、電流密度、輝光電壓、氣體氣氛、氣體壓力、氮化溫度和保溫時間等。本文主要研究的內容是用不同的脈沖電源(電參數),在不同氣體成分和壓力(氣氛參數)下,對常用于制作工模具的材料進行3種不同電源的普通離子滲氮和加ma,滲氮工藝的實驗,并對其金相組織、表面硬度和滲氮層厚度進行測量。 試件和試驗條件   為了對帶窄縫工模具的滲氮工藝質量進行研究,特意地如圖1所示的試件,并分別用45鋼、35CrMoA鋼制作了各1組試件。   離子滲氮工藝試驗是在杭州等離子裝備工程有限公司生產的設備上進行的。 對于普通離子滲氮工藝,電源分別用直流電源、BTO斬波脈沖電源和IGBT逆變型脈沖電源,分別進行試驗;電流密度為,氣體成分為,其中N/H=4,保溫時間為8h,處理溫度均選用5200C,壓升率控制在8Pa/h以下,氣體壓力分別為500Pa, 650Pa, 800Pa,輝光電壓分別為500V、650V、800V。 對于加氬滲氮工藝采用直流電源,氣體成分為,保溫時間為5h,處理溫度為500°,氣壓為200Pa,電流密度為,輝光電壓為750V。 試驗結果和分析   滲氮處理后將試件切開,進行金相分析、硬度測試和滲氮層厚度測量。圖2分別為45鋼材料在用IGBT逆變型脈沖電源進行離子滲氮下的金相組織,圖2a是槽頂。(見圖1)處的金相組織,圖2b為槽上部b處的金相組織,圖2c為槽下部。處的金相組織。圖3~圖5為分別用直流電源,BTO斬波脈沖和IGBT逆變型脈沖電源進行滲氮后,對于不同的材料在a、b、c各點的硬度比較;圖6為直流電源、不同的處理工藝下二種材料的滲氮層硬度梯度比較。 1.從圖2的金相組織照片可見,頂部a點處的化合物層厚度較厚,約有15μm;而槽的下部c點處的化合物層厚度較薄,約為a點處的一半(7-8μm);上部b處的化合物則很薄,大約只有2-3μm。 2.從圖3、圖4可見,氣氛壓力越高時滲氮硬度就越高;;3種電源中,用IBGT逆變脈沖電源時的滲氮硬度最高,用BTO斬波脈沖電源次之,用直流電源滲氮時滲氮層硬度最低。另外,輝光電壓越高滲氮層硬度也越高,但對3種電源的影響程度不同,其中用IBGT逆變脈沖電源時的影響較大,用IBGT逆變脈沖電源滲氮時輝光電壓在700-800V、氣氛壓力為650-800Pa時效果較佳。 3.從圖4、圖5可知,在用IBGT逆變脈沖電源進行滲氮時,頂部。處的硬度高,且受輝光電壓和氣氛壓力的影響較小;但在上部b處則明顯受輝光電壓和氣氛壓力的影響;而下部c點處的影響也較大,但略小于底部。 4.從圖6可見,加氫工藝有利于提高滲氮層的表面硬度,原因是合金氮化物的彌散強化效應所致;從硬度梯度的分布可見,加氬滲氮有利于氮的擴散,使其內部一定厚度內有ν'相或α+ν'相存在;而普通工藝用直流電源滲氮層較薄,硬度也低。 結語 1.對于帶窄縫工模具的離子滲氮工藝,無論模具材料采用哪一種,用IGBT逆變型脈沖電源的效果最好。 2.用普通直流電源和普通脈沖電源進行滲氮處理時,在窄縫深處的滲氮效果很差,其硬度與未經處理的原材料相差無幾,不適合其滲氮處理。 3.帶窄縫的工模具進行離子滲氮時,氣氛壓力宜高(800Pa時最好),輝光電壓宜高(780V時最好),但氣氛壓力和輝光電壓不能無限制地增大,所以改用電流類型是比較好的方法。 4.加氬工藝有利于氮的擴散,減少表面ε相層和強化氮化物的彌散效果。
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