浅谈铝型材挤压模气体氮化处理工艺(全文)
【摘要】挤压模在铝型材生产中具有重要地位，近年来，挤压模氮化己成为改善其表面性能的适用方法。模具经氮化处理后，氮化层有一定的硬度、深度、韧性和耐热性，大大提高模具的抗咬合性和抗磨损性，在生产中的应用效果理想。良好的氮化工艺可以提高模具氮化质量和使用寿命，降低成本，增强竟争力。本文介绍了气体氮化的原理，气体渗氮系统的组成，提出了挤压模渗氮工艺方案的选择。
【关键词】挤压模具;氮化处理;工艺控制
在铝型材挤压生产中，模具对产品质量、生产成本影响甚大，模具经高温高压使用后，其工作带易磨损而影响铝型材表面质量。铝合金型材挤压模的工作条件为长时间的高温、高压,承受着强烈的热应力、冲击应力和摩擦磨损。因此,提高模具表面硬度,延长模具使用寿命对高质量、低成本铝合金型材的生产具有重要意义。
１．气体氮化原理
气体氮化的原理是在气体介质中进行的气体渗氮，由于其成本低、操作简单及产品质量稳定等，目前在国内外普遍使用，随着科学技术的发展，渗氮工艺普遍应用于工业领域，并发挥了及其重要的作用。
在氮化过程中，对密封炉通入NH3，当加热达到380一550℃时，N氏发生如下反应:
2NH3?葑2[N]+3H2
活性[N]原子一部分被模具工件表面吸收，随着时间增长，氮化层厚度加厚，氮原子被钢吸收后所形成的固溶体和氮化物，具有很高的强度、硬度和耐磨性，起到延长模具使用寿命的作用。
2.气体渗氮系统的组成
气体渗氮设备一般由氮化炉、供氨系统（液氨罐）、氨分解率测定系统和测温系统等组成，氮化炉有多种形式，如井式电阻炉、多用箱式炉、钟罩式炉，渗氮罐一般用1Cr18Ni9Ti不锈钢制造，该材料表面有一层致密的钝化膜，本身抗氧化性好，不易氮化发脆。由于钢中的镍的一些化合物对氨的分解率有催化作用，使氨分解率逐渐升高，不易控制，使用一段时间后应进行退氮处理。而近年来耐热搪瓷渗氮罐的出现解决了这一问题，该罐具有抗氧化性、抗热振性、抗蚀性、耐冲击性与基体的结合性、绝缘性均良好。
3.气体渗氮的工艺参数（见表一）
3．1氮化温度
氮化温度是工模具的重要工艺参数，氮化后的硬度取决于形成氮化物的弥散度。合金氮化物急剧长大会引起弥散度的减小，氮化物硬度随之降低。通常氮化温度为500~540度。如氮化温度过低，渗速很慢，为达到一定的氮化浓度需处长时间，就会导致工件表面不能吸收足够活性的氮原子，硬度不高，渗层过浅，故氮化温度不应低于480度。
3．2氮化时间
氮化时间的长短与氮化温度和渗层厚度有关，同时还与氮化钢的成分等一系列因素有关。当温度不变时，氮化层的厚度取决于保温时间，保温时间选择又与温度有关。氮化温度越高，获得相同湛渗层所需时间越短，反之，所需时间越长。
3．3氨分解率
氨分解率也是一个重要的工艺参数，实际测到的氨分解率是指在一定的氮化温度下，氨气分解产生的N2、H2 混合气体占炉内气体（主要指未分解氨气和已分解产生的N2、H2 气体三者的总和）。近似地表示氨的分解程度，其高低由氮化温度、氨气流量、进气和排气压力、工件表面的大小、有无催化（渗）剂及零件需氮化部位的总面积有关，与时间无关。氨分解率的高低影响到工件表面吸收氮原子的速度。在其他条件相同的情况下，氮化温度越高，工件的氮化面积越大，则分解率越高，氮化时，即温度没有变化，氨的分解率也是逐渐升高。气体的氮化的性能不仅取决于氨气的组成，也取决于氨的分解率，为得到均匀的渗氮层，炉气的气氛应当有规律地加以控制。氨的分解主要在炉内管道、渗氮炉、挂具及工件本身等由钢铁材料制成的构件表面通过催化作用进行，而在气相中自行分解的数量是很少的。
氮化温度与氮化层深度及时间关系参数表
4.挤压模渗氮工艺方案
由于挤压模的工作条件十分恶劣，因此，对氮化处理后的模具表面渗层有以下几点要求:
4．1从高硬度耐磨考虑，微机控制的气氮有其一定的先进性。这种渗氮技术，只要其工艺数控制在最佳状态，则其耐磨性比一般软氮化高得多，所以有人说“气液长期共存”。但若控制得不好，模具容易崩落。
4．2不管二段式硬氮或微机控制的硬氮，修模比较困难，也是目前模具工感到较难的。
4．3硬氮一般为软氮或共渗的6一10倍生产周期，耗能较大，且一次性投资大，从节能与经济核算考虑，液体共渗有其优越性。
4．4无污染的盐溶S一N一C共渗工艺，生产周期短，设备简单，容易操作，温度场较均匀，工艺较成熟，所以具备了如下优点:从模具使用效果来看，与微机控制的硬氮与辉光离子氮可媲美，各有千秋。从节能效果与一次性投资来看，液体共渗占了优势。从修模情况来看，硬氮是目前模具工感到较难的事.从平模使用来看，不管气氮或辉光离子氮是比不上液体共渗的。从总的生产成本来看，液体法有其优越性。
4．5多元共渗的气体法与微机控制的气体法或其他强化表面法仍然是值得继续探讨、摸索与研制的新工艺。■
【参考文献】
［１］潘卫国.铝型材挤压模气体软氮化工艺的改进.轻合金加工技术，1996,(12).
［２］刘天聪. 冲压模具的磨损方式及提高寿命的措施[J].模具技术,1997,(03).
［３］刘静安,等编著.铭合金生产实用技术.重庆国际信息咨询中心.
［４］金属材料与热处理.机械工业出版社,1983.
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