热挤压模具稀土软氮化工艺研究

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1、热挤压模具稀土软氮化工艺研宄于泉有（东北轻合金有限责任公司型材厂）摘要：介绍了我司采用稀土催渗技术，对热挤压模具进行表面强化处理。阐述了稀土催渗机理及稀土渗入后渗层组织、性能的改变。该工艺以使用并取得良好效果。关键词：稀土热挤压模具白亮层渗层0引言氮化处理是提高零件、模A使用寿命有效的一种化学热处理工艺。挤压模只的气体软氮化工艺对提高挤压制品的表面质量、延长模-A使用寿命，起着尤为重要的作用。为进一步提高氮化效果，改善白亮层的组织致密性及耐磨性，采用稀土催渗技术结合正常生产对现工艺进行改进。采用稀土元素（RE）不仅能使渗速提高，而且还能改善

2、碳、氮化合物的形貌和分部。其在氮化层形成过程中的作用基理首先是对溶剂分解的作用、在“相界面反应”阶段及“金属中扩散”阶段的作用，有利于c、N原子从畸变处进入，在畸变处偏聚，并呈球状或纺锤状析出，从而使渗层脆性明显改善，白亮层组织更加致密。1实验过程1.1实验方案稀土软氮化是在原氮化工艺的基础上，在强渗、扩散阶段（见图1）,改变渗剂配比、温度即时间三种参数所做的进一步工艺研究。其他一些非主要参数：排气阶段甲醇的滴速和炉压，强渗、扩散阶段的滴速和炉压按原工艺不变。渗剂的配比决定了参与共渗的各种元素，经过多方面考虑选择了三种渗剂配比。a:C、N、

3、0、RE四元共渗，甲酰胺+尿素+稀土固体渗剂。b:C、N、0、S、RE五元共渗，甲酰胺+尿素+硫尿+稀土固体渗剂，其中S的参与、可形成Fe2S,对硬度并无贡献，但可减少磨檫，抗咬合、抗摩擦能力大大提尚。c:C、N、0、S、B、RE六元共渗，甲酰胺+尿素+硫尿+乙醇硼酸饱和溶液+稀土固体渗剂，其中B的作用是：形成NB、CB硬度很高，非常细小，弥散度大，但在中低温共渗条件下较难形成。依据以上三种配比，在试验前制定了稀土软氮化工艺试验方案表1.2试验阶段1.2.1对比试验首先结合生产任务量较大的模具在RN-35-6井式气体氮化炉中进行重复试验。并

4、对随炉加入的试块进行金相观察和硬度试验,结果表明:RE的滲入对硬度影响明显，但渗层厚度较薄；S的渗入使A亮层变厚；B的参与对硬度影响不大，且白亮层形成闲难，表面产生黑色烧结物，对挤压造成影响。1.2.2优选试验根据金相照片观察白亮层厚度及硬度对照（见表3,见表4）我们选择了第二种渗剂配比，进行集中实验。确定了氮化温度、时间，从而得出最佳方案（见表5）。2试验结果2.1硬度显微硬度明显提高，硬度值HV100gll00-1290。2.2金相观察渗层厚度理想，白亮层为5-8μm，过渡层为200-300μm；过渡层未观察到网状形态。3试

5、验分析3.1稀土的催渗效果稀土元素的催渗效果与吋间及其加入量有关。稀土的加入量有一最佳范围，超出这个范围则催渗效果明显降低。因而根据不冋工艺条件，需找出最佳范围（20-25g）才能取得较好效果。3.2稀上对金相组织的影响对试块用金相法观察到α-Fe晶粒内丫'针的尺寸和密度相差很大。然而大面积观察表明，加入最佳量RE吋，丫'针的尺寸小，而密度相对较高。这一方面是加入RE后使渗入C、N的浓度增大。另一方面是稀土滲入作为第二相沉淀析出的核心，使形核数量增多造成的。3.3表面化合物（白亮层）的相分析一般钢材经氮化后，在表面形成一层不受硝

6、酸酒精溶液腐蚀的白亮层，即化合物层。该层由丫'相和ε相组成。但其组成比例则于工艺条件有关。3.4稀上元素对表面硬度和耐磨性的影响当RE加入量为10g吋，化合物层中两相含量与不加入RE是基本相同的，但其表面硬度和耐磨性明显增高，可见由于稀土元素的滲入本身就产生了对化合层的强化作用。另外稀土加入量的选择，除了考虑滲速外，还要考虑耐磨性。4工、11＜生产考核情况依据稀土软氮化工艺结合生产对我司的模具进行氮化取得明显效果。挤压制品表面质量较好，模具一次上机挤压数量是原工艺的一倍。因为重复氮化，光模量减少，模具寿命得以延长。5结论5.

7、1通过稀土软氮化对比实验，C、N、0、S、RE五元素共渗方案，获得最佳效果，表面显微硬度达到HVlOOgllOO以上，白量层厚度为5-8μm,渗层性能明显改善。5.2稀土软氮化后的模具通过工业生产耐磨性，抗蚀性提高一倍。5.3由于调整了RE的加入量，模具的耐磨性提高，减少了光磨次数，提高了生产效率。