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模具表面強(qiáng)化技術(shù)：等離子體化學(xué)熱處理

時(shí)間：2013-04-01 13:48:44 來源：作者：

1.等離子體化學(xué)熱處理

　　發(fā)展最快、工業(yè)應(yīng)用最廣的等離子體熱處理方法是等離子體化學(xué)熱處理。與常規(guī)化學(xué)熱處理相比，等離子體化學(xué)熱處理具有優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、潔凈、無公害等特點(diǎn)。但是，此技術(shù)用于批量大的小模具及其他小零件(如螺栓、螺母、鏈條等)時(shí)，裝爐麻煩，滲層質(zhì)量不易控制。而且，同爐混裝不同形狀、尺寸的工件時(shí)，不易均勻控制工件溫度。

　　1.1離子滲碳

　　離子滲碳，亦稱輝光滲碳[l0-11]。滲碳是將價(jià)廉、具有良好成型性和延展性的低碳鋼或低碳合金鋼母體材料在碳基氣氛中加熱，使活性碳滲入母材而形成強(qiáng)韌、耐磨表面的一種熱處理方法。離子滲碳則在于活性碳是由碳?xì)浠衔餁怏w在真空等離子區(qū)中，通過直流輝光放電電離而獲得，其原理與離子滲氮相似。

　　在國(guó)內(nèi)，離子滲碳工藝已成功應(yīng)用于汽車、航空、核工業(yè)等的模具中。離子滲碳的技術(shù)關(guān)鍵是滲層質(zhì)量控制及設(shè)備設(shè)計(jì)。離子滲碳時(shí)，可通過調(diào)節(jié)碳通量和滲碳時(shí)間來控制模具工件表面的預(yù)定碳含量。碳通量是氣體成分、氣壓、氣體流量、離子電流密度和滲碳溫度的函數(shù)。在工業(yè)生產(chǎn)中，離子滲碳時(shí)，可利用碳的擴(kuò)散和傳輸數(shù)學(xué)模型，通過電流密度傳感器由微機(jī)進(jìn)行全過程的工藝控制，從而獲得預(yù)定的表面碳含量、碳分布和滲層深度。但離子滲碳工藝溫度高(850～980℃)，要求電源功率大，易發(fā)生輝光放電轉(zhuǎn)變?yōu)榛」夥烹姷默F(xiàn)象，使工藝不穩(wěn)定，設(shè)備較復(fù)雜。目前，工業(yè)模具上普遍采用的氣體滲碳和真空滲碳工藝成熟，質(zhì)量穩(wěn)定，能較好地滿足工業(yè)模具的需要。與傳統(tǒng)的滲碳相比，離子滲碳具有以下優(yōu)點(diǎn)：滲碳效率高，表面質(zhì)量好，滲層分布均勻，變形小，環(huán)境污染小，過程易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，深孔盲孔也能處理等。在模具行業(yè)中，離子滲碳技術(shù)在沖模和塑料模中應(yīng)用較多。目前，在表面硬化中，有80%以上是滲碳處理。因此，離子滲碳有著廣闊的發(fā)展前景。

　　1.2離子滲氮

　　離子滲氮是目前工業(yè)上應(yīng)用最廣、最成熟的離子熱處理工藝[1-3]。該工藝易通過調(diào)整工藝參數(shù)(如電壓、電流、爐內(nèi)氣體壓強(qiáng)、溫度、時(shí)間和工作氣體成分等)獲得純擴(kuò)散層、單相、化合物層等。離子滲氮的技術(shù)關(guān)鍵是如何根據(jù)其特點(diǎn)，結(jié)合相關(guān)模具服役條件，合理選擇工藝參數(shù)，繼而獲得所需的最佳滲層。

　　1.3離子碳-氮共滲

　　離子滲碳氮技術(shù)是依靠爐氣活性組分C3H8和NH3在鋼表面分解，析出的活性原子C和N被表面吸收并向基體內(nèi)部擴(kuò)散而實(shí)現(xiàn)的[2，4]，它又稱離子軟氮化，是從鹽浴和氣軟氮化發(fā)展而來的。離子滲碳氮的操作方法與離子滲氮基本相同，但工作氣體成分不同，其冷卻方式除在真空條件下緩慢冷卻外，還可進(jìn)行油淬或高壓氣淬。離子碳一氮共滲時(shí)間短，效益高，可獲得較厚的化合物層，具有優(yōu)良的耐磨、抗膠合和抗疲勞性能。與傳統(tǒng)工藝相比，應(yīng)用于模具的離子碳一氮共滲技術(shù)不僅具有滲層質(zhì)量好、相組成容易控制的優(yōu)點(diǎn)，而且高效、潔凈、節(jié)能。該工藝具有較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

　　1.4離子滲硼

　　滲硼是一種很有效的表面硬化工藝。金屬零件滲硼后，表面形成的硼化物及碳化硼等化合物的硬度極高，滲硼鋼在硬度、耐磨性、耐熱性、耐蝕性上均比滲碳或滲氮鋼高[1，4]。因此，在模具表面強(qiáng)化中，滲硼起著重要的作用。滲硼的方法很多，常規(guī)方法有氣體、液體、固體和電解滲硼等。離子滲硼有滲層物均勻、滲速快、滲后工件無需清理等優(yōu)點(diǎn)，是很有發(fā)展前途的工藝。

　　1.5離子滲金屬

　　模具表面滲金屬是指在一定的溫度和真空度條件下，還原出的活性金屬原子或電離、濺射出的金屬原子擴(kuò)散進(jìn)入模具鋼基體表層形成合金滲層，從而改變表層化學(xué)成分、組織和性能的方法。模具表面滲金屬技術(shù)屬于鋼的化學(xué)熱處理范疇，實(shí)質(zhì)上是通過高溫?cái)U(kuò)散，使鉻、釩、鈦、鎢、鉬、鈮、鈷、鎳、鋁等活性原子在模具表面形成固溶體或碳化物滲層組織，其硬度高、耐磨性好，并具有較好的抗氧化和耐腐蝕性，大大提高了模具的表面性能及使用壽命[12]。

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