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采用離子滲氮技術能進一步提高汽車模具使用壽命，在模具表面形成一層比基體材料硬度和強韌性更高的耐疲勞滲氮提高模具抗熱變形和熱磨損的能力，使模具壽命大大延長。
離子滲氮具有滲氮速度快，滲層性能好、節能環保等優點，能有效提高鋼鐵金屬零件的耐磨性、疲勞強度、抗蝕性及抗燒性等性能。在現代制造業中得到了廣泛應用。 近年來出現了一些新的離子滲氮、等離子體源技術，如活性屏離子滲氮、等離子體源離子滲氮技術有著明顯的設備和工藝優勢，可能成為離子滲氮技術的發展方向。 汽車模具的特點 汽車模具一般分為兩大類：一是冷作模具，如汽車覆蓋件類模具；二是熱作模具，如汽車的一些配件熱鍛模具。 1.冷作模具 汽車制造業中大型冷作模具主要是汽車覆蓋件類模具，其外型尺寸大，質量大，主要為鑄鐵或鑄鋼制造。這些模具的使用壽命主要取決于模具材料、制造和裝配精度以及模具表面的耐磨性。在汽車工業中，轎車大型覆蓋件拉延成型模具常用灰鑄鐵、球墨鑄鐵、合金鑄鐵或鑄鋼制造，模具外形尺寸達5-6m，模具單件質量達20-30t。并且由于現代轎車覆蓋件模具正向高效長壽命和大型高精度方向發展，模具形狀愈來愈雜，對模具要求也越來越高。離子滲氮技術目前已經成為大型鑄鐵新模具或維修舊模具延長其使用壽命和改善模具沖壓件質量的主要手段。生產實踐表明，影響鑄鐵模具離子滲氮質量的主要因素為模具滲氮前表面凈化處理、滲氮后的表面加工、化合物層厚度和次表層硬化效果。 2.熱作模具 汽車熱作模具種類繁多，模具工作條件和失效形式復雜。此類熱鍛模具在熱態下工作時，模具工作表面要承受反復的加熱和冷卻，產生一定的熱應力；同時還需反復承受不同程度的機械應力，尤其要承受很大的動載應力，使模具材料內部受到交變的拉壓應力，從而使金屬組織內產生晶格空位，逐步形成微細裂紋，造成型腔龜裂。另外，由于模具冷卻不佳，會發生粘模現象，使模具表面溫度升高，塑性增加，模腔在壓應力和剪應力不斷的作用下，產生型腔變形。一般來說，汽車熱作模具使用壽命都比較低。為了延長模具使用壽命，必須正確選擇模具材料，改善原材料質量和采用先進的熱處理工藝，提高模具熱處理質量，模具的正確裝配和操作也是重要因素。并非所有模具都需要或都適合表面強化處理，不正確的表面強化處理可能造成模具過早失效。 活性屏離子滲氮技術 1999年，盧森堡的Georges J發明了活性屏離子滲氮技術。活性屏離子滲氮設備的爐體為陽極，金屬屏為陰極，接直流或脈沖電壓，而工件置于金屬屏內部懸浮，金屬屏由不銹鋼絲結成網狀結構。其原理是將高壓電源的負極接在真空室內金屬屏上，被處理的工件置于金屬屏內，當金屬屏接通高壓電源后，低壓反應室內的氣體被電離，在電場的作用下，被激活的氣體離子轟擊金屬屏使金屬屏升溫；同時，在離子轟擊下不斷有鐵或鐵的氮化物微粒被濺射出來，以微粒的形式沉積到工件表面，微粒中的氮向工件內部擴散，達到滲氮的目的。在活性屏離子滲氮過程中，金屬屏同時起到兩個作用：一是通過輻射將工件加熱到滲氮處理所需的溫度；二是向工件表面提供鐵或鐵的氮化物微粒。 活性屏離子滲氮技術的特點是：在滲氮過程中，工件處于懸浮狀態，離子轟擊金屬屏而不是工件本身。與常規離子滲氮相比，該技術可以處理不同形狀的工件，并能消除邊緣效應以及空心陰極效應，還能方便地測量工件的溫度等。 離子滲氮設備 離子滲氮設備一般由爐體、進氣系統、排氣系統、電源系統及控制系統組成。 設備參數：離子滲氮設備的工作參數隨爐體的大小而有所不同。影響滲氮工藝的參數主要有電源總功率、直流輸出電壓、整流最大輸出電流、脈沖輸出電壓、脈沖輸出最大峰值電流、脈沖頻率等。整個系統通過控制系統對工藝處理過程進行自動控制、自動完成，設備可靠、處理質量穩定。 離子滲氮設備節能改造：離子滲氮消耗的能量主要有電能和熱能，節能設備改造主要從降低電能和熱能的消耗角度考慮。 模具滲氮生產實例 汽車熱制作模具種類繁多，模具工作條件和失效形式復雜，模具工作表面要承受反復的加熱和冷卻，因而一般汽車熱作模具使用壽命都比較低。現以汽車某一熱擠壓齒輪模滲氮為例，介紹滲氮工藝及其具體的操作過程。 離子滲氮設備：模具離子滲氮用直徑1000mm自動控制脈沖電源離子滲氮爐。并對離子滲氮爐進行了節能改造，增加保溫屏。 滲氮工藝： (1)滲氮前的熱處理。熱擠壓齒輪模滲氮前的具體熱處理工藝為：首先加熱到1050℃后淬火，然后進行2-3次回火處理，回火溫度為580℃。此時膜具的硬度為400-450HV。必須注意熱處理中回火工序的加熱溫度至少要比滲氮溫度高20℃一40℃。否則，模具在氮化過程中，由于氮化溫度超過了回火溫度，使回火后的基體組織及力學性能發生變化，零件產生無規律變形。 (2)把模具表面進行去污、脫油處理，再裝爐。抽真空，當真空度為10-20Pa時，通NH3，當氣壓為500Pa時開啟電源，設定放電電壓為760-780V，繼續通氣，當氣壓達到2000-3000Pa時停止通氣。同時升溫到520℃，保溫10-11h后關機取出模具。 (3)溫度控制。對于熱擠壓模，它的滲氮溫度一般為510℃-550℃。雖然滲氮層的厚度隨滲氮處理溫度的升高而增加，但其抗腐蝕性能則隨著滲氮處理溫度的升高而下降。因此滲氮溫度過高反而不好，它會使氮化物粗化、表層硬度下降并降低抗粘模能力；而同時滲氮溫度低時滲氮層薄，滿足不了使用要求。 (4)滲氮時間。為了提高熱擠壓齒輪模具的壽命，根據生產實際經驗，要求模具的滲層深度達到0.2-0.3mm，所以需要滲氮10-11h，滲氮這么長時間后能達到所要求的厚度。 (5)滲氮氣氛。熱擠壓齒輪模的滲氮氣氛為純NH3，主要是因為使用純NH3非常方便，價格便宜，并且獲得滲層組織硬度高，耐磨性好但用純NH3容易造成零件溫度不均勻(受分解率的影響)，并且滲氮層的組織無法控制，滲層脆性大，因此只適于要求不高的模具。熱擠壓齒輪模疲勞強度較低，不受沖擊載荷，所以使用NH3能滿足使用要求。 (6)氣體壓力。熱擠壓齒輪模的滲氮壓力約為2000-3000Pa，比常用離子滲氮壓力高，這樣既可以加快離子滲氮速度，又可以使爐里溫度均勻。 (7)放電電壓。熱擠壓齒輪模采用的放電電壓為760-780V。電壓越高，離子的能量就越大，因此放電電壓能加快離子滲氮速度，影響零件尺寸，使膨脹量增大。 (8)離子滲氮電源。熱擠壓齒輪模采用的脈沖電源，因為脈沖電源較傳統的直流電源相比，它有利于對復雜表面進行離子滲氮，保證零件表面不受弧光損傷、節約能源等優點，所以目前國內大多數采用脈沖電源。 使用效果：熱擠壓齒輪模經過離子滲氮后，表面硬度提高了近200HV左右。裝配好后試機試生產表明，經過離子滲氮后，熱擠壓齒輪模具能夠擠壓生產零件2000-2200個，而沒有進行離子滲氮的模具只能擠壓生產零件800-1000個，模具壽命提高了2倍多。 采用離子滲氮技術能進一步提高汽車模具使用壽命，在模具表面形成一層比基體材料硬度和強韌性更高的耐疲勞滲氮層，可以在保持模具表面減少熱疲勞裂紋的萌生與擴展前提下，充分發揮離子滲氮提高模具抗熱變形和熱磨損的能力，使模具壽命大大延長。 |
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