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塑胶模具材料的渗碳和渗氮表面处理工艺

2018年08月08日

塑胶模具材料的渗碳和渗氮表面处理工艺

  1.渗碳

  渗碳必须用低碳钢或低碳合金钢,可分为固体、液体、气体渗碳三种。应用较广泛的气体渗碳,加热温度900-950℃。渗碳深度主要取决于保温时间,一般按每小时0.2-0.25毫米估算。表面含碳量可达百分之0.85-1.05。渗碳后必须热处理,常用淬火后低温回火,得到表面高硬度、心部高韧性的耐磨抗冲击零件。

  钢的渗碳,就是将低碳钢在富碳的介质中加热到高温(一般为900-950℃),使活性碳原子渗入钢的表面,以获得高碳的渗层组织。随后经淬火和低温回火,使表面具有高硬度、耐磨性及疲劳抗力,而心部仍保持足够的强度和韧性。

  2.渗氮

  应用最广泛的气体渗氮,加热温度500-600摄氏度。氮原子与钢的表面中的铝、铬、钼形成氮化物,一般深度为0.1-0.6毫米,氮化层不用淬火即可得到很高的硬度,这种性能可维持到600-650摄氏度。工件变形小,可防止水蒸气、碱性溶液的腐蚀,但生产周期长,成本高,氮化层薄而脆,不宜承受集中的重载荷。主要用来处理重要和复杂的精密零件。

  涂层、镀膜是物理的方法,而“渗”是化学变化,本质不同。

  一.渗碳钢的化学成分特点

  (1)渗碳钢的含碳量

  一般都在0.15-0.25%范围内。对于重载的渗碳体,可以提高到0.25-0.30%,以使心部在淬火及低温回火后仍具有足够的塑性和韧性。但含碳量不能太低,否则,就不能保证一定的强度。

  (2)合金元素在渗碳钢中的作用

  提高淬透性、细化晶粒、强化固溶体,影响渗层中的含碳量、渗层厚度及组织。在渗碳钢中通常加入的合金元素有锰、铬、镍、钼、钨、钒、硼等。

  常用渗碳钢可以分碳素渗碳钢和合金渗碳钢两大类。

  (1)碳素渗碳钢

  用得最多的是15和20钢,它们经渗碳和热处理后,表面硬度可达56-62HRC。但由于淬透性较低,只适用于心部强度要求不高、受力小、承受磨损的小型零件,如轴套、链条等。

  (2)低合金渗碳钢

  如20Cr、20Cr2MnVB、20Mn2TiB等,其渗透性和心部强度均较碳素渗碳钢高,可用于制造一般机械中的较为重要的渗碳件,如汽车、拖拉机中的齿轮、活塞销等。

  (3)中合金渗碳钢

  如20Cr2Ni4、18Cr2N4W、15Si3MoWV等,由于具有很高的淬透性和较高的强度及韧性,主要用以制造截面较大、承载较重、受力复杂的零件,如航空发动机的齿轮、轴等。

  固体渗碳、液体渗碳、气体渗碳,渗碳温度为900-950℃,表面层(碳)为0.8-1.2%,层深为0.5-2.0mm。

  二.渗碳后的热处理

  渗碳工件实际上应看作是一种表面与中心含量相差悬殊的复合材料。渗碳只能改变工件表面的含碳量,而其表面以及心部的最终强化,则必须经过适当的热处理才能实现。渗碳后的工件均需进行淬火和低温回火。

  淬火的目的是,使在表面形成高碳马氏体或高碳马氏体和细粒状碳化物组织。低温回火温度为150-200℃。

  三.渗碳零件注意事项

  (1)渗碳前的预处理正火,目的是改善材料原始组织、减少带状、消除魏氏组织,使表面粗糙度变细,消除材料流线不合理状态。正火工艺:用860-980℃空冷、179-217HBS。

  (2)渗碳后需进行机械加工的工件,硬度不应高于30HRC。

  (3)对于有薄壁沟槽的渗碳淬火零件,薄壁沟槽处不能先于渗碳之前加工。

  (4)不得用镀锌的方法防渗碳。


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