離子滲氮的案例
模具表面強化處理方法介紹
表面強化處理方法很多,主要有滲碳、滲氮、滲硫、滲硼、氮碳共滲、滲金屬等。采用不同的表面強化處理工藝,可使模具使用壽命提高幾倍甚至于幾十倍,近幾年又出現了一些表面強化工藝,本文著重四個方面介紹,供同行參考。
1.離子滲氮,為了提高模具的抗蝕性、耐磨性、抗熱疲勞和防粘附性能,可采用離子滲氮。離子滲氮的突出優點是顯著地縮短了滲氮時間,可通過不同氣體組份調節控制滲層組織,降低了滲氮層的表面脆性,變形小,滲層硬度分布曲線較平穩,不易產生剝落和熱疲勞。可滲的基體材料比氣體滲氮廣,無毒,不會爆炸,生產安全,但對形狀復雜模具,難以獲得均勻的加熱和均勻的滲層,且滲層較淺,過渡層較陡,溫度測定及溫度均勻性仍有待于解決。
離子滲氮溫度以450~520℃為宜,經處理6~9h后,滲氮層深約0.2~0.3mm。溫度過低,滲層太薄;溫度過高,則表層易出現疏松層,降低抗粘模能力。離子滲氮其滲層厚度以0.2~0.3mm為宜。磨損后的離子滲氮模具,經修復和再次離子滲氮后,可投入使用,從而可大大地提高模具的總使用壽命。
2.氮碳共滲,氮碳共滲工藝溫度較低(560~570℃),變形量小,經處理的模具鋼表面硬度高達900~1000HV,耐磨性好,耐蝕性強,有較高的高溫硬度,可用于壓鑄模、冷鐓模、冷擠模、熱擠模、高速鍛模及塑料模,分別可提高使用壽命1~9倍。但氣體氮碳共滲后常發生變形,膨脹量占化合物厚度的25%左右,不宜用于精密模具。處理前必經去退火和消除殘余。
例如:Cr12MoV鋼制鋼板彈簧孔沖孔凹模,經氣體氮碳共滲和鹽浴滲釩處理后,可使模具壽命提高3倍。又如:60Si2鋼制冷鐓螺釘沖頭,采用預先滲氮、短時碳氮共滲、直接淬油、低溫淬火及較高溫度回火處理工藝,可改善心部韌性,提高冷鐓沖頭壽命2倍以上。
展開 汽車零部件離不開的氮化工藝，美炸了
離子氮化又稱輝光滲氮，是利用輝光放電原理進行的。
熱處理行業最漂亮的風景莫過于此。
今天咱們分享一家國外專業從事離子滲氮服務的公司Ionitech Ltd. 這家公司有著40多年的離子滲氮的經驗。我們都知道，所有行業的許多零件和工具都要進行等離子滲氮。
離子滲氮是在充以含氮氣體的低真空爐體內把金屬工件作為陰極爐體為陽極，通電后介質中的氮氫原子在高壓直流電場下被電離，在陰陽極之間形成等離子區。
在等離子區強電場作用下，氮和氫的正離子以高速向工件表面轟擊。離子的高動能轉變為熱能，加熱工件表面至所需溫度。由于離子的轟擊，工件表面產生原子濺射，因而得到凈化，同時由于吸附和擴散作用，氮遂滲入工件表面。
作為七十年代興起的一種新型滲氮方法，與氣體滲氮相比具有滲氮速度快、滲氮層組織易于控制、脆性小、無環境污染、節約電能，氣源、變形小等優點。
看一個高清的離子滲氮的視頻，希望這個工藝能給大家留下深刻的印象。
脈沖輝光放電滲氮(等離子滲氮)是提高金屬和合金硬度和耐磨性的有效方法。該方法的基本技術優勢是該過程發生的低溫導致可忽略的體積變形。
等離子滲氮是一種技術可能性很大的方法，適用于處理形狀和幾何形狀非常復雜的零件。
可以獲得期望結構的擴散層，即擴散飽和過程是可控的，并且可以被優化以符合對層質量的特定要求。所獲得的氮化物區域是致密的，并且與基底金屬牢固連接。
等離子滲氮也能夠處理不銹鋼零件，而不需要預蒸鍍工藝。也可以進行處理，以保持鋼的耐腐蝕性。
展開 PVD 鍍層在熱沖壓模具中的應用
針對模具拉傷問題，目前行業內普遍的做法是提高模具鑲塊的硬度，降低模具表面粗糙度，例如滲氮或者PVD。PVD 俗稱物理氣相沉積，其基本原理是利用加熱、離子轟擊或者輝光放電等物理方式將材料源表面氣化成原子、離子或分子等，并沉積到襯底表面形成涂層。
離子滲氮+PVD 過程
現對拉傷部位的模具鑲塊(圖1)進行離子滲氮加PVD 處理，模具鑲塊材質為DIEVAR，回火硬度為50 ～52HRC， 鑲塊離子滲氮溫度520℃，時間為4 ～8h，滲氮層厚度約100μm，滲氮后如圖2 所示。PVD 涂層材質為TiAlN，厚度4 ～5μm。PVD 采用多弧離子鍍，PVD 溫度450℃，時間4 ～6h，PVD 后如圖3 所示，PVD 后模具鑲塊呈灰黑色，表面粗糙度為0.12μm。滲氮加PVD 流程如圖4 所示。
圖1 鑲塊滲氮前
圖2 鑲塊滲氮后
圖3 鑲塊PVD 后
圖4 離子滲氮+PVD 工藝流程
對PVD 后的鑲塊進行熱沖壓成形，零件板材為Al-Si 涂層板，加熱溫度930℃，加熱時間380s，零件入模溫度750℃。對比相同位置未做PVD 和做PVD的鑲塊，可以看出Al-Si 涂層板熱沖壓模具在沒有PVD 之前，模具表面有劃痕，模具表面有局部地方有鋁硅涂層附著，如圖5 中的整體鑲塊和圖6 中的R 角區域。PVD之后，經過600沖次，模具表面基本無劃痕，但粘鋁范圍增大如圖7 中的整體鑲塊和圖8 中的R 角區域。研磨拋光后粘鋁層可以除掉，PVD 層仍保留在模具鑲塊上。
熱沖壓成形對模具鑲塊的冷卻速率極為敏感。一般模具在進行PVD 之后，熱傳導系數會降低。現對PVD 的模具進行熱成像觀察，觀察Al-Si 涂層熱沖壓零件在PVD 前后的溫度變化，如圖9、圖10 所示。
展開 40CrNiMoA
9、滲氮
①離子滲氮
預備熱處理：840～860℃淬火，油冷；
600～620℃回火，油冷或水冷；
調制后硬度200～220 HBW
常用滲氮溫度：510～540℃
離子滲氮技術要求：深度0.2～0.5mm，表面硬度≥550HV
②氣體滲氮
10、淬透性
本公眾號提供的熱處理參數均為經驗值，材料熱處理后性能受碳含量、合金化、爐溫均勻性等多因素影響，建議采用前進行參數驗證試驗。
小編水平有限，若您有更多熱處理經驗，也可私信小編對本文進行完善。
四種模具表面處理技術
雖然旨在提高模具表面性能新的處理技術不斷涌現，但在模具制造中，應用較多的主要的滲氮、滲碳和硬化膜沉積。
1、滲氮
滲氮工藝有氣體滲氮、離子滲氮和液體滲氮等方式。每一種滲氮方式中，都有若干種滲氮技術，可以適應不同鋼種、不同工件的要求。
由于滲氮技術可以形成優良性能的表面，并且滲氮工藝與模具鋼的淬火工藝有良好的協調，同時，滲氮溫度低，滲氮后不需激烈冷卻，模具的變形極小，因此，模具的表面強化是采用滲氮技術較早，也是應用最廣泛的。
2、滲碳
模具滲碳的目的，主要是為了提高模具的整體強韌性，即模具的工作表面具有高的強度和耐磨性。由此引入的技術思路是，用較低級的材料，即通過滲碳淬火來代替較高級別的材料，從而降低制造成本。
3、硬化膜沉積
硬化膜沉積技術，目前較成熟的是CVD和PVD。為了增加膜層與工件表面的結合強度，現在發展了多種增強型CVD、PVD技術。
硬化膜沉積技術最早在工具(刀具、刃具、量具等)上應用，效果極佳，多種刀具已將涂覆硬化膜作為標準工藝。
模具自上個世紀80年代開始采用涂覆硬化膜技術。目前的技術條件下，硬化膜沉積技術(主要是設備)的成本較高，仍然只在一些精密、長壽命模具上應用，如果采用建立熱處理中心的方式，則涂覆硬化膜的成本會大大降低。更多的模具如果采用這一技術，可以整體提高我國的模具制造水平。
四、模具材料的預硬化技術
模具在制造過程中，進行熱處理是絕大多數模具長時間沿用的一種工藝。自上個世紀70年代開始，國際上就提出預硬化的想法，但由于加工機床剛度和切削刀具的制約，預硬化的硬度無法達到模具的使用硬度，所以，預硬化技術的研發投入不大。
展開 原創——汽車模常用鋼材及選用 原創——汽車模常用鋼材及選用
2.1.4 對于參與成型的活動部件有如下選擇:
（1）透明件應選用拋光性好的中高檔進口P20 系列，如718H(ASSAB)、S136H(ASSAB)、
2738(進口)等
（2）非透明件,一般應選用硬度和強度較高的中高檔進口P20 系列,表面進行離子滲氮硬化處理，
如：
斜頂采用2738(進口)，氮化層深度為0.15-0.2mm,硬度為HV700 。
（3）對參與成型的鑲芯,最好選用硬度和強度較高的中高檔進口P20 系列,要求不高的可用P20(國
產B30PH)代替。
2.1.5.特殊應用情況下材料的選用：
（1）、對于成型PVC 和電鍍ABS 等對鋼材有腐蝕性的塑料的模具,若制品要求較高,可選用進口
的耐蝕鋼,如S136ESR(ASSAB)、S136H(ASSAB)等。
要求一般的可選用國產的耐蝕鋼。
（2）、對于模具較難冷卻的部分或要求冷卻效果較高的部分,應選用鈹銅合金。（MM40）
（3）、制品的材料為PP+玻纖或客戶指定要硬模應選用8407。
（4）、產品困氣位置不能通過其它方法排氣可以選擇透氣鋼。
2.2.模架鋼材的選用：
模架材料參照相關標準，一般選用進口 S50C，要求硬度均勻為HB150-170,且內應力小，不易變
形。
展開 鋼的表面化學熱處理集錦
和滲碳相比，鋼件滲氮后具有更高的表面硬度和耐磨性。氮化后鋼件的表面硬度高達950～1200HV，相當于HRC65～72。這種高硬度和高耐磨性可保持到560～600℃而不降低，故氮化鋼件具有很好的熱穩定性。由于氮化層體積脹大，在表層形成較大的殘余壓應力，因此可以獲得比滲碳更高的疲勞強度、抗咬合性能和低的缺口敏感性。滲氮后由于鋼件表面形成致密的氮化物薄膜，因而具有良好的抗腐蝕性能。此外，滲氮溫度低（500～600℃），氮化后鋼件不需熱處理，因此滲氮件變形很小。由于上述性能特點，滲氮在機械工業中獲得了廣泛應用，特別適宜許多精密零件的最終熱處理。例如磨床主軸、鏜床鏜桿、精密機床絲杠、內燃機曲軸以及各種精密齒輪和量具等。
滲氮特點：
① 氮化溫度低 500~600℃
② 時間長 20~50h，厚度 0.3~0.5mm， 催化劑（苯、苯胺、氯化胺等）↑0.3~3倍
③ 氮化前鋼件須調質處理
（5）組織
①表層為白色ε（Fe2N）或γ’（Fe4N）相
②中間為暗黑色含氮共析體（α+γ’）
③ 心部為回火S
38CrMoAl鋼氮化工藝曲線圖
鋼件滲氮后一般不進行熱處理。為了提高鋼件心部的強韌性，滲氮前必須進行調質處理。滲氮的主要缺點是周期太長。為了縮短滲氮周期，目前出現的快速滲氮方法有輝光離子滲氮、鹵化物催化滲氮以及高頻感應加熱滲氮等。離子滲氮等工藝不僅可以大大縮短滲氮時間，而且降低了滲氮層的脆性，顯著提高了鋼的韌性和疲勞強度。
氮化用鋼一般有35CrAlA、38CrMoAlA、38CrWVAlA等。
（四）鋼的碳、氮共滲
向鋼件表層同時滲入碳和氮的過程稱為碳氮共滲，也叫做氰化。碳、氮共滲方法有液體和氣體碳、氮共滲兩種。液體碳、氮共滲使用的介質氰鹽是劇毒物質，污染環境，故逐漸為氣體碳、氮共滲所替代。
展開 熱處理
一個顯著的進展是1901～1925年，在工業生產中應用轉筒爐進行氣體滲碳 ；30年代出現露點電位差計,使爐內氣氛的碳勢達到可控，以后又研究出用二氧化碳紅外儀、氧探頭等進一步控制爐內氣氛碳勢的方法；60年代，熱處理技術運用了等離子場的作用，發展了離子滲氮、滲碳工藝 ；激光、電子束技術的應用，又使金屬獲得了新的表面熱處理和化學熱處理方法。
鑄造模具爆裂原因分析
常用的表而強化處理方法有：液體碳氮共滲、離子滲氮、滲硼、滲釩和電火花強化，以及化學氣相沉積法(CVD)、物理氣相沉積法(PVD)和在鹽浴中向工件表面浸鍍碳化物法(TD)等。此外，采用高頻淬火，液壓、噴丸等表面強化處理，使模具工作零件表面產生壓應力，提高其耐疲勞強度，有利于模具壽命的提高。
8 線切割變質層的控制
沖模刃口多采用線切割加工。由于線切割加工的熱效應和電解作用，使模具加工表面產生一定厚度的變質層，造成表面硬度降低，出現顯微裂紋等，致使線切割加工的沖模易發生早期磨損，直接影響模具沖裁間隙的保持及刃口容易崩刃，縮短模具使用壽命。因此，在線切割加工中應選擇合理的電規準，盡量減少變質層深度。
9 正確使用和合理維護
為了保護正常生產，提高沖壓件質量，降低成本，延長沖模壽命，必須正確使用和合理維護模具，嚴格執行沖模“三檢查”制度(使用前檢查，使用過程中檢查與使用后檢查)，并做好沖模與維護檢修工作。其主要工丁作包括模具的正確安裝與調試；嚴格控制凸模進入凹模深度；控制校正彎曲、冷擠、整形等工序上模的下止點伸置；及時復磨、研光棋具刃口；注意保持棋具的清潔和合理的潤滑等。模具的正確使用和合理維護，對于提高摸具壽命事關重大。
總之，在模具設計、制造、使用和維護全過程中，應用先進制造技術和實行全面質量管理，是提高模具壽命的有效保證，并且致力于發展專業化生產，加強模具標準化工作，除零件標準化外，還有設計參數標準化、組合形式標準化、加工方法標準化等，不斷提高模具設計和制造水平，有利于提高模具壽命
展開 橡膠模具如何選擇鋼料（下）
★ （a-5）SM2模具鋼（Y20CrNi3 AlMnMo）
SM2 鋼屬含硫系中合金時效硬化易切削預硬鋼，它具有良好的綜合力學性能和加工工藝性能、優良的鏡面拋光性能，可滲氮。用于高精度模具。
SM2鋼中加入Al，在時效時可以析出硬化相Ni3Al。加入Cr的主要作用是提高鋼的淬透性，因此SM2鋼比PMS鋼的淬透性稍高，加入S和Mn，可以形成易切削相MnS，因此，SM2鋼的可加工性優于PMS鋼。
SM2鋼的鍛造工藝與SM1鋼相同，鍛后不必退火。SM2鋼的固溶加熱溫度為870~930°C，一般選900°C固溶處理2h后油冷，硬度為42~45HRC，700°C高溫回火2h后油冷，硬度為28HRC，具有良好的切削性能，加工成形后經500~520°C時效處理，硬度為40HRC。對于要求型腔表面光潔、精度較高的模具，可在此硬度下進行精加工，拋光表面。SM2鋼具有良好的滲氮、氮碳共滲、離子滲氮、氧氮共滲工藝性能。
展開 【豐田】模具設計與制造技術過人之處，值得我們學習借鑒！
日本目前沒有采用離子滲氮技術，據豐田人講，也有試用的考慮。對厚板料長壽命的刃口材料，豐田采用具有自己專利的特殊鋼材，也是火焰淬火。而先加工成型，后整體淬火的方法，由于淬火帶來的變形只能靠人工修整，在豐田沒有見到使用。
3
模具生產中的檢驗
模具是單件生產，保證質量是一件非常困難的事，國內的模具廠大都配備大量的專職工序質檢人員，這嚴重影響生產效率，但質量把關效果還不佳。豐田是怎么做的呢？
工序檢驗：豐田人認為產品的質量在源頭，設計、工藝、編程、機床、刀具才是質量真正的保證，質量是生產出來的而不是檢查出來的，因此，模具各序之間沒有專職檢驗，只有自檢和互檢，質量的把關靠得是每一個生產者。
型面檢測：模具的型面也基本沒有測量檢驗。大量的型面檢測，如測拉延圓角，拉延筋的修正量，曲面的光順度等主要是為了模面設計積累經驗，而不是為了檢驗模具質量是否合格。
制件檢測：豐田的產品件檢查，主要靠三維測量機進行自動數值檢測，但他們也做驗具，驗具只起產品件定位支撐的作用。因此驗具結構簡單，沒有強制卡緊裝置，他們的產品件檢測幾乎是處于自由狀態下的檢測，這對產品件的符型性是一個非常嚴格的要求。
9. 技術發展動向
前幾年我們看到發達國家的汽車模具行業似乎在萎縮。因為，當時認為模具生產離不開人的手工勞動，發達國家具有工資成本高、沒有人愿意干這一行等因素，模具行業大有向第三世界轉移的趨勢。
展開 
【揭秘】豐田模具設計與制造技術過人之處，值得學習借鑒！
日本目前沒有采用離子滲氮技術，據豐田人講，也有試用的考慮。對厚板料長壽命的刃口材料，豐田采用具有自己專利的特殊鋼材，也是火焰淬火。而先加工成型，后整體淬火的方法，由于淬火帶來的變形只能靠人工修整，在豐田沒有見到使用。
3
模具生產中的檢驗
模具是單件生產，保證質量是一件非常困難的事，國內的模具廠大都配備大量的專職工序質檢人員，這嚴重影響生產效率，但質量把關效果還不佳。豐田是怎么做的呢？
工序檢驗：豐田人認為產品的質量在源頭，設計、工藝、編程、機床、刀具才是質量真正的保證，質量是生產出來的而不是檢查出來的，因此，模具各序之間沒有專職檢驗，只有自檢和互檢，質量的把關靠得是每一個生產者。
型面檢測：模具的型面也基本沒有測量檢驗。大量的型面檢測，如測拉延圓角，拉延筋的修正量，曲面的光順度等主要是為了模面設計積累經驗，而不是為了檢驗模具質量是否合格。
制件檢測：豐田的產品件檢查，主要靠三維測量機進行自動數值檢測，但他們也做驗具，驗具只起產品件定位支撐的作用。因此驗具結構簡單，沒有強制卡緊裝置，他們的產品件檢測幾乎是處于自由狀態下的檢測，這對產品件的符型性是一個非常嚴格的要求。
9. 技術發展動向
前幾年我們看到發達國家的汽車模具行業似乎在萎縮。因為，當時認為模具生產離不開人的手工勞動，發達國家具有工資成本高、沒有人愿意干這一行等因素，模具行業大有向第三世界轉移的趨勢。
展開 豐田汽車模具制造技術
日本目前沒有采用離子滲氮技術，據豐田人講，也有試用的考慮。對厚板料長壽命的刃口材料，豐田采用具有自己專利的特殊鋼材，也是火焰淬火。而先加工成型，后整體淬火的方法，由于淬火帶來的變形只能靠人工修整，在豐田沒有見到使用。
9. c． 模具生產中的檢驗
模具是單件生產，保證質量是一件非常困難的事，國內的模具廠大都配備大量的專職工序質檢人員，這嚴重影響生產效率，但質量把關效果還不佳。豐田是怎么做的呢？
工序檢驗：豐田人認為產品的質量在源頭，設計、工藝、編程、機床、刀具才是質量真正的保證，質量是生產出來的而不是檢查出來的，因此，模具各序之間沒有專職檢驗，只有自檢和互檢，質量的把關靠得是每一個生產者。
型面檢測：模具的型面也基本沒有測量檢驗。大量的型面檢測，如測拉延圓角，拉延筋的修正量，曲面的光順度等主要是為了模面設計積累經驗，而不是為了檢驗模具質量是否合格。
制件檢測：豐田的產品件檢查，主要靠三維測量機進行自動數值檢測，但他們也做驗具，驗具只起產品件定位支撐的作用。因此驗具結構簡單，沒有強制卡緊裝置，他們的產品件檢測幾乎是處于自由狀態下的檢測，這對產品件的符型性是一個非常嚴格的要求。
三． 技術發展動向
前幾年我們看到發達國家的汽車模具行業似乎在萎縮。因為，當時認為模具生產離不開人的手工勞動，發達國家具有工資成本高、沒有人愿意干這一行等因素，模具行業大有向第三世界轉移的趨勢。通過豐田的發展，我們有了一些新的認識，模具生產越來越依賴高科技，完全可以把人工勞動降到很低，汽車對模具生產的需求最重要的是高質量和短周期，在大規模汽車生產中，模具本身的成本遠遠不如模具的使用成本更重要。從這一點上看，目前我們的模具生產不具什么優勢，這種工業轉移也不會成潮流，這十多年來，我們通過硬件的技術引進得到的技術進步，并沒有禰補上因人家更加努力的追求技術進步而帶來的新的差距。
展開 豐田鬼怪設計背后的模具制造理念，不服不行！
日本目前沒有采用離子滲氮技術，據豐田人講，也有試用的考慮。對厚板料長壽命的刃口材料，豐田采用具有自己專利的特殊鋼材，也是火焰淬火。而先加工成型，后整體淬火的方法，由于淬火帶來的變形只能靠人工修整，在豐田沒有見到使用。
c． 模具生產中的檢驗
模具是單件生產，保證質量是一件非常困難的事，國內的模具廠大都配備大量的專職工序質檢人員，這嚴重影響生產效率，但質量把關效果還不佳。豐田是怎么做的呢？
工序檢驗：豐田人認為產品的質量在源頭，設計、工藝、編程、機床、刀具才是質量真正的保證，質量是生產出來的而不是檢查出來的，因此，模具各序之間沒有專職檢驗，只有自檢和互檢，質量的把關靠得是每一個生產者。
型面檢測：模具的型面也基本沒有測量檢驗。大量的型面檢測，如測拉延圓角，拉延筋的修正量，曲面的光順度等主要是為了模面設計積累經驗，而不是為了檢驗模具質量是否合格。
制件檢測：豐田的產品件檢查，主要靠三維測量機進行自動數值檢測，但他們也做驗具，驗具只起產品件定位支撐的作用。因此驗具結構簡單，沒有強制卡緊裝置，他們的產品件檢測幾乎是處于自由狀態下的檢測，這對產品件的符型性是一個非常嚴格的要求。
三． 技術發展動向
前幾年我們看到發達國家的汽車模具行業似乎在萎縮。因為，當時認為模具生產離不開人的手工勞動，發達國家具有工資成本高、沒有人愿意干這一行等因素，模具行業大有向第三世界轉移的趨勢。通過豐田的發展，我們有了一些新的認識，模具生產越來越依賴高科技，完全可以把人工勞動降到很低，汽車對模具生產的需求最重要的是高質量和短周期，在大規模汽車生產中，模具本身的成本遠遠不如模具的使用成本更重要。
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