氮化与软氮化在模具表面强化处理方面的应用分析.pdf

槙具材料及热处故水
いきャパたたさ
模具材料及热处理抜术
ととシンャなイしでとにしでリ
氮化与软氮化在模具表面强化处理方面的应用分析
孙容,邹春华
中国兵器装备集团公司重庆建设工业集团公司(重庆402264)
摘要】介绍了氩化一软氪化在模具表面强化处理方面的应用概况,揭示了気化、软氩化工
艺在模具表面强化处理中的乱象。通过对不同模具的服役条件、常见失效方式和潜在失
效模式的分析,对模具氮化一软氮化的分类应用进行了讨论
关键词:模具;表面强化处理;氮化;软氮化
中图分类号:TC16
文献标识码:B
The Analysis of Nitriding and Nitrocarburizing Application
in the Die Mold Surface Strengthening Treatment
[Abstract] this paper introduces the nitriding-nitrocarburizing in the application of die&
mold surface strengthening treatment, reveals the nitriding, nitrocarburizing process in the die
mold surface strengthening treatment of chaos. Through the service condition of different die
ld, common failure types and the potential failure mode analysis, the classification of
nitriding-nitrocarburizing tooling application are discussed
Key words: die & mold; surface strengthening treatment; nitriding; nitrocarburizing
引言
众所周知,氮化、软氮化技术作为一种模具表面
早期的渗氮主要是指纯氨渗氮。目前非专业人
强化处理手段,已广泛应用于各种不同的模具生产士广泛称其为“硬氮化”,实际上是一种不规范、不严
中,从而对提高模具使用寿命起到了积极的作用。
谨的称谓
但是,由于该技术基本概念的混淆和滥用,使得不
氮碳共渗。在渗氮介质中添加适量(微量)的弱
少企业在选择模具表面强化处理时,或无所适从,或不渗碳剂,使零件在渗氮的同时,渗人微量的碳(原子),
得要领,甚至时常陷于一种抱薪救火的尴尬之中。
这种以渗氮为主、渗碳为辅的化学热处理工艺,俗称
明确这些基本概念的定义和内涵,是模具表面强软氮化。
化处理的基础。
值得强调的是:软氮化获得的表面硬度并不软,
而且,因其在渗氮层(包括白亮层和扩散层)中渗人了
2化学热处理中有关氮化、软氮化等基本概念微量的碳(原子),不仅提高了渗速,而且还一定程度
和相关概念辨析
降低了白亮层的脆性。故而,目前的工业生产中,应
2.1基本概念的介绍
用纯氨渗氮的所谓“硬氮化”已很少采用
渗氮,俗称氮化。通常指把已调质并加工好的零
氮碳共渗(软氮化)与渗氮(氮化)不同之处在于
件放在含氮的介质(如氨气)中,在500~540℃保持适前者处理过程中介质中添加了含碳物质(弱的渗碳
当的时间,使介质分解而生成的新生活性氮原子渗人剂),其分解出来的碳可以溶入氮化物相中,适度的碳
钢件表面层,获得一定厚度的白亮层和一定深度的扩可以提高化合物层的硬度,减小其脆性。当前,用得
散层,以増加其硬度、耐磨性和抗蚀性的化学热处理比较普遍的碳元素添加剂,如二氧化碳、甲酰胺和甲
《模具制造》2015年第2期
具材料及热处理技术
醇(或乙醇)等。需要强调的是,二氧化碳将提高炉气渗”的区别应关注以下3点:
的氮势,而甲醇则降低炉气的氮势。
(1)工艺时间问题。软氮化的时间较短,有的3
以上基本概念,作者曾在模具氮化软氮化白亮层5h,1~4h,还有5~7h的等
的控制一文(《模具制造》2015,第1期)有所介绍叩。本
(2)渗入元素问题。凡是同时渗入C和N、且以渗
文在此引用,目的是为了让读者对这些基本概念和相氮为主的,应为氮碳共渗即软氮化,而单纯渗入N的
关概念有一个更加清晰的认识,在模具表面强化处理则应为渗氮或称为氮化。
中对不同服役条件下的各种模具选择更有针对性的
(3)工艺温度有所不同。
处理方法。
事实上:现在无论是短时渗氮还是长时渗氮,使
2.2相关概念的介绍和辨析
用纯氨渗氮的已经不多,而添加弱渗碳剂(如CO2
在过去的中外文献上,碳氮共渗和氮碳共渗是不 CHOH、甲跣胺、尿素等)的“共渗”,大有“星星之火,
加区分而混为一谈的。下面的定义出自过去高等院可以燎原”之势。那么,仅仅从上述3点来理解这些定
校金属材料热处理专业的教科书,是比较典型的把碳义和术语是远远不够的。起码,它就无法界定这样
氮共渗和氮碳共渗“混为一谈”的例证叫。
个题,即:采用NHJ+CH4OH做渗剂,以510℃x10h+
碳氮共渗。碳氮原子同时渗入工件表面的一种560℃x10h+520℃x1h为设计工艺,那么它属于“渗
化学热处理工艺。碳氮共渗按照共渗介质(渗剂)的氮/氮化”还是“氮碳共渗/软氮化”?
不同可分为气体法、液体法和固体法。起初,液体碳
其实,从现有文献「4,5,61的定义上看:“渗氮/氮
氮共渗是在含氰根的盐浴中进行的,故此,又称氧化”与“氮碳共渗/软氮化”的主要区別有以下几个关
化。按共渗温度,碳氮共渗可分为低温(500~560℃)、键点:
中温(780~850℃)和高温(880~950℃)3种。前者以渗
a.人工艺时间上看,前者多用于时间大于10h的
氮为主,又称氮碳共渗,后者以渗碳为主,习惯上所说情况,而后者多用于3~5h的情况。
的碳氮共渗主要指中温气体磯氮共渗。
b.从渗层深度看,前者的深度也应远大于后者,前
可见,这里把在较低温度(500~560℃)进行的氮者多用于层深大于0.30m的工件。
碳共渗(软氮化)称之为低温碳氮共渗。
c.从工艺温度看,前者一-般在较低温度(如480
日前,用得最为~泛的碳氮共渗是气体法,而用520℃)下进行,而后者多在570℃左右进行。
得最为广泛的氮碳共渗(软氮化)仍然是气体法,其次
d.从使用的渗剂及渗人元素上看,对普通气体氮
则是液体(盐浴)法。碳氮共渗用于模具表面强化处化而言,前者多采用纯氨施渗,使工件表面渗入单
理并不多见,所以本文不予渗入讨论
的氮原子,而后者则使用的渗剂以氨为主,另添加弱
在过去的一些翻译文献中又有长时氮化(、的渗碳剂,渗人元素也是以氮原子为主,同时渗入少
500℃,>10h)和短时氮化(~570℃,<10h)之分,却许碳原子。
未见软氮化之称谓?。查阅新近文献,氮碳共渗(软氮
e.从应用范围上看,前者主要用于氮化专用钢(如
化)与渗氮(氮化)均有明确定义,不是一个概念;而38 CRMOALA、38 CRAA、38 CRWVAL等),而后者广泛用
且,按照新近文献的定义(或者说是一种界定),软氮于低碳钢低碳低合金结构钢、中碳钢、中碳低合金结
化就是氮碳共滲,氮化就是渗氮,也就是说软氮化不构钢、高