模具气体氮化产生的缺陷及对策

北方铁匠

目前，气体氮化已在模具生产中得到广泛应用。它可显著提高模具的表面硬度、耐磨性、抗咬合性、抗腐蚀性能和疲劳性能。一般热作模具钢(凡回火温度在 550〜650℃的合金工具钢）都可在淬火、回火后在低于回火温度的温度区内进行渗氮；一般碳钢和低合金钢在制作塑料模具时可以在调质后的回火温度下渗氮；一些 特殊要求的冷作模具也可以在气体渗氮后再进行淬火、 回火热处理。

     但是由于种种原因，模具气体氮化后会出现渗氮层硬度低、渗氮层浅、渗氮层硬度不均匀、渗氮后模具表面有氧化色、渗氮层不致密、渗氮层脆性大、渗氮模具变形、模具表面出现网状和针状氮化物等缺陷，严重影响了模具使用寿命。

    因此研究模具渗氮层缺陷，分析其产生的原因，探讨减少和防止气体渗氮缺陷产生的工艺措施，对提高模具的产品质量，延长模具使用寿命具有十分重要的意义。

一、模具渗氮层硬度偏低

模具渗氮层硬度偏低将会降低模具的耐磨性能，并 减少模具的使用寿命。

1、模具渗氮层硬度偏低的原因

（1）模具钢成分不符，模具预先调质处理硬度过低。

（2）模具气体渗氮前未除掉其表面的油污、脱碳层和氧化皮。

（3）渗氮炉密封不良、漏气或初用新的未经渗氮的渗氮罐及工夹具。

（4）渗氮时炉温偏高或者在渗氮第一阶段的NH3 分解率过高，即炉内氮气氛过低。

2、对策

（1）严格材料入库检验，化学成分应符合渗氮钢标准。

（2）在模具预先调质处理时，要适当降低淬火后的回火温度，提高模具的基体硬度。

（3）模具加工时应去除原材料脱碳层和氧化皮；模具渗氮前应除净表面油污或锈迹，或进行喷砂处理。

（4）渗氮炉要密封，漏气的渗氮罐应及时更换，新渗氮罐要进行预渗氮，炉罐和夹具使用11－12炉次应退氮一次。

（5）模具装炉后应缓慢加热，在渗氮第一阶段应适当加大氨流量以便适当降低氨分解率。

（6）对因渗氮层含量较低的模具可进行一次补充渗氮。其补充渗氮工艺为：渗氮温度510－530℃,保温时间8－10h,氨分解率控制在20%－30%。

二、模具渗氮层硬度不均匀或有软点

    模具渗氮层硬度不均匀或有软点将会使模具在使用时性能不稳定，薄弱区域首先磨损较多，造成整个模具的早期损坏失效，严重影响模具的使用寿命。

1、模具渗氮层硬度不均匀或有软点的原因

（1）模具原材料化学成分不均匀，偏析严重，晶粒粗大，存在奥氏体呈长条状，铁素体呈大块状，铁素体保留在模具调质热处理中。

（2）由于渗氮炉上、下不均衡加热或气流不通畅，炉内温度不均匀。

（3）NH3气管道局部堵塞，影响NH3气不畅，炉气不均匀。

（4）渗氮塑料模具未经调质预处理或虽经调质处理，因淬火加热温度过高，导致晶粒粗大，或淬火温度过低，铁素体未溶解，保留在淬火组织中。

（5）模具装炉前未很好地清理表面油污；渗氮炉内模具装载太多或炉内模具间距太小，部分有接触。

2、对策

（1）选择合适渗氮钢，严格进行模具钢材料成分和金相组织检查。

（2）严格控制渗氮炉内上、下区炉温，使其始终保持在同一温度区内。

（3）渗氮前应定期检查和清理管道，保持管道的通畅。

（4）塑料模具预处理时，应严格控温，保证正常调质处理温度。

（5）模具装炉前需用汽油或酒精等脱脂，经过清洗后的模具表面不能有油污或其他脏物。

（6）模具装筐时，模具间应保持一定距离，严防模具工作面接触和重叠。

（7）渗氮炉要密封好，炉内气氛循环要充分，对漏气的渗氮罐应及时更换。

三、模具渗氮层浅

   模具渗氮层浅将会影响模具的耐磨性，缩短模具的使用寿命。

1、模具渗氮层偏浅的原因

（1）模具渗氮第一阶段NH3气分解率不稳定，过高或过低。

（2）渗氮第二阶段温度过低和保温时间不足。

（3）模具装炉不当，工件相互之间接触，NH3气流不畅。模具装炉前未清除油污。

（4）炉子密封不好，漏气。

（5）塑料模具渗氮前未进行调质处理。

（6）渗氮罐和夹具使用过久未退氮。

2、对策

（1）严格控制装炉前模具表面质量、装炉量、氮气氛、渗氮时间和温度。

（2）加强渗氮密封，保证炉内气氛循环正常，要经常疏通管道，确保NH3气流畅通。

（3）塑料模具渗氮前必须进行调质预处理，以便得到均匀细密的回火索氏体组织。

（4）严格执行模具渗氮工艺，应确保和稳定NH3分解率；提高渗氮第二阶段扩散渗氮温度和保温时间。

（5）对已经出现渗氮层偏浅的模具，可进行补充渗氮，即严格按渗氮第二阶段工艺进行渗氮。

     本文简要论述模具氮化中存在的缺陷特征、危害性、产生的原因及其预防措施。

     只要我们严格执行渗氮工艺，对发生的缺陷认真分析原因，采取相应的对策，就会减少缺陷的产生，提高模具氮化的质量，延长模具的使用寿命。