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      工藝介紹

      TD覆層技術

      熱擴散法碳化物覆層處理技術(ThermaIDidffusionCarbideCoatingProcess),簡稱TD擴散覆層技術。它通過高溫的擴散作用使滲劑中釋放出來的強碳化物形成元素與工件基體中的碳原子相結合,形成數微米至數十微米的金屬碳化物覆層,例如Cr23C6.VC.NbC.等。

      特點:

      1、硬度極高,可達Hv1600~3200左右。

      2、優異的耐磨、抗咬合性能和耐腐蝕性。

       3、覆層與集體組織呈冶金結合。

            TD擴展覆層工藝運用范圍

      1、利用覆層良好的耐磨性能及抗高溫氧化性,可用于熱作模具的表面處理。如:鍛壓模、鐓鍛模、軋鍛模、溫擠模

      2、利用覆層良好的耐磨性能和抗咬合粘著性能,可用于冷作模具和刀具的處理。如:拉深模、落料模、冷沖模、切刀模、撥絲模、剪切刀片、鉆頭、絲錐、切削刀等?商岣邏勖鼣当吨翑凳。

      3、利用覆層良好的耐熔融、耐腐蝕和耐磨性,可用于成形模的處理。如:壓鑄模、玻璃模、塑料成行模、橡膠形成模、重力鑄模造套筒銷等。

      4、利用覆層良好的耐化學介質腐蝕、耐沖刷性能,可用于各類石油、化工、海洋工程用管、泵、閥的處理。如:柱塞、液壓缸、閥芯、閥座、閥桿、噴嘴、泥漿泵、缸套等。

      5、利用覆層良好的耐磨性能,可用于機械零件的處理。如:輥、銷、導向板、鏈、軸、襯套、芯棒等。

       

      氣體軟氮化

      氣體軟氮化,學術名:氣體氮碳共滲。在19世紀70年代由美國人發明,距今不到40年的歷史。經氮碳共磣的零件擴散層的硬度比滲氮(硬氮化)低,故稱之為軟氮化,工藝溫度常用為520℃-580℃之間。

      一、 氣體軟氮化的特點

      軟氮化與氣體滲氮相比,具有如下特點:

      1、 滲層無脆性,化合物層均勻,厚度8-25um,強韌性好,耐疲勞性和耐磨性高。耐磨性主要靠化合物,比淬火的零件耐磨性高幾倍到十幾倍。因此,軟氮化的質量好壞關鍵是化合物。

      2、 工藝溫度低、熱應力小,工件變形小。

      3、 應用范圍廣泛。各種碳鋼、合金鋼、鑄鐵、粉末冶金制件、刀具、模具等都可進行氮碳共滲提高其使用壽命。

      4、 氣體軟氮化的滲層較薄,不能承受大壓力和重載荷。

      5、 滲氮鋼、不銹鋼、高速鋼經軟氮化后,表面硬度可達1000HV0.1以上,與氣體滲氮的表面硬度相近。碳鋼及合金結構鋼表面硬度為500-850HV0.1

      二、 使用軟氮化的常用鋼為40Cr,各鋼種經軟氮化后表面硬度(HV10)

      依次為:38CrMoAl>20CrMnTi>20CrMo>40Cr>45>20>Q235

      三、軟氮化廣泛用于小模數齒輪(3模數以下),曲軸、凸輪軸、低碳鋼零件。

      氣體硬氮化

      氣體硬氮化,學術名為氣體滲氮,在19世紀初由德國人發明,由于合金鋼擴散層硬度比軟氮化硬度高,所以稱硬氮化,硬氮化是與軟氮化比較而言。

      目前滲氮在各種精密機床上的齒輪、主軸、絲桿、搪桿、發動機曲輪、凸輪軸、汽缸套、工作溫度較高的耐磨抗蝕零件(如:鍋爐、汽輪機的各種閥門、閥桿、噴嘴。)得到了廣泛應用。過去人們普遍認為滲氮成本太高,而很少采用這一工藝。今天,深層滲氮已不再是昂貴的代名詞。滲氮所具有許多優良機械性能,已為越來越多的用戶所接受。滲氮和滲碳都屬于化學熱處理,它們差別主要有以下幾點:

      1、 滲氮后的表面具有高硬度、高耐磨性及紅硬性。例如:38CrMoAla鋼經過滲氮后,表面維氏硬度可達HV950-1200(相當洛氏硬度HRC6872)而一般滲碳游淬火表面只有HRC58-63。當工作溫度升至500℃-600℃,其硬度不發生明顯的變化(但滲碳層硬度超過200℃開始下降)。高速鋼滲氮后表面硬度達HRA88.5相當于HRC72-75,其硬度超過硬質合金YG8C、YG11C、YG15。

      2、 滲氮具有高的殘余壓應力。與滲碳熱處理相比,滲氮處理的滲氮層能獲得更大的殘余壓應力。因此,在交變載荷作用下,滲氮層具有高的疲勞極限和低的缺口感性。有關資料表明,滲氮耐磨性比滲碳提高了80%,疲勞強度則提高了30%。

      3、 滲氮工藝溫度低、變形小。滲氮溫度為460-600℃比滲碳(920℃-950℃),碳、氮共滲(820℃-860℃)要低得多。滲氮處理的硬度,由處理過程直接獲得,勿需淬火,因此零件變形小。

      4、 滲氮具有良好的抗蝕能力,而滲碳卻不具有如此特征。

      硬氮化的硬化層較深,最深可達1.00mm,可以取代1.5mm的滲碳工藝,一般說來8模數以下的齒輪均可采用硬氮化。1模數的齒輪滲氮層要求大于0.1mm,3模數的齒輪要求大于0.3mm,和滲碳的要求有差別,滲碳1模數齒輪要求0.2mm以上的滲層。硬氮化的質量好壞關鍵是擴散層,滲氮件最好無化合物。

      適合硬氮化的鋼種有很多,合金工具鋼,合金模具鋼,不銹鋼38CrMoAl,25Cr2MoV,20CrMnTi,20crMo,35Crmo,42CrMo,40Cr,20Cr等等,只有碳鋼硬氮化效果不理想。

      MGN工藝

      MGN,即多種氣體軟氮化,取英文譯名Multiform Gas Nitrocarburzong 的第一個字母。其主要元素有氮、碳、氧、硫、硼、鉻、鈦、稀土等。針對不同的材料配以不同的元素,以達到最佳的使用效果。這種工藝于2002年開始開發,使用已有5年的歷史,廣泛用于齒輪,模具,刀具,并得到用戶良好的反響。

      MGN應用于齒輪

      某廠的3模數載重汽車機油泵齒輪,材料40Cr,要求滲氮硬度≥HV10,化合物0.012mm-0.025mm,層深0.3mm-0.5mm,內孔變形要求<5um,一般氮化處理效果不理想,后改用MGN處理后,表面滲層硬度達到510HV10,化合物0.016-0.021um,滲層0.35mm,完全符合技術要求,而且氮化處理后不用再進行機加工,便可直接投入使用。某大排量摩托車過橋齒輪氮化要求,表面硬度大于680HV10,化合物0.01-0.018um,材料35CrMoV,采用MGN處理之后,產品全部合格。摩托車大部份滲碳零件均可采用這一工藝,摩配的品質將大幅度提高,不過采用這一工藝的至少要用40Cr調質。某廠生產的精密傳動大齒輪(ф455mm×25mm),原來采用18 CrMnTi滲碳淬火,發生翹曲變形報廢,后改用20CrMnTi調質后MGN處理,滲層深0.5mm以上,表面硬度810HV10,使用效果良好。

      這一工藝兼有軟氮化與硬氮化的優點,既有耐磨無脆性的化合物,又有硬度較高的擴散層,克服了軟氮化和硬氮化的缺點?梢匀〈驳,但比硬氮化成本低,更耐磨。

      3模數40Cr齒輪,10小時MGN處理,層洧0.35mm,表面硬度530HV10。與20小時硬氮化的結果接近。

      35CrMoV齒輪經10小時MGN處理,滲層0.32mm,硬度690HV10,化合物12um。與20小時硬氮化的結果接近。

      MGN工藝應用于模具

      MGN工藝用于模具主要加碳、氧、硫等元素。工件表面生成FeS、Fe3O4,是良好的減磨物質,使鋼鐵表面的磨擦系數減少50%-70%。高合金鋼經軟氮化處理脆性較大,抗疲勞不及MGN工藝,經MGN工藝處理的工模具通常比軟氮化處理使用壽命提高50%-100%。如:鉆頭、銑刀、鉸刀,使用壽命可以提高1-5倍不等;冷作模具、熱作模具壽命可以提高3倍以上。冷作模具Cr12系列采用此工藝時一定要經過二次硬化。如:Cr12MoV, 推薦用1080℃加熱淬火,520℃回火三次,再進行MGN工藝處理。大型鋁合金壓鑄模(H13)可采用一般箱式、井式電爐進行調質,硬度為HRC38左右,直接加工,然后進行MGN工藝。山東濱洲活塞廠就是采用這一工藝。熱擠壓模H13的可以采用1080℃淬火,580-650℃回火,然后再進行多元共滲。只做淬火處理的熱擠壓模一般可用5000-6000次,進行MGN工藝的模具可用18000-30000次。

      剃齒刀的MGN處理

      目前國內國外尚無比較可行的涂層方法來提高剃齒刀的使用壽命,要提高剃齒刀的使用壽命成了國內外的難題。本公司針對剃齒九的使用情況及結構,研究了一套行之有效的多種氣體共滲工藝,即MGN工藝,將N、C、O、S、P等元素滲入高速鋼基體,將高速鋼的硬度由原來的HRC64-66提高到HRC70-HRC71,由于O、S的滲入大大減小鋼與鋼之間摩擦系數,刀刃不沾鐵屑,提高了被加工齒輪的精度。

      特別是在高速鋼價格居高不下時,提高剃齒九的使用壽命勢在必行,剃齒刀進行MGN處理有以下幾個優點:

      1、 使剃齒刀的使用壽命提高1-3倍,使被加工齒輪的工具省耗成本降低;

      2、 提高生產效率,在單位時間內換刀的次數減少;

      3、 剃齒刀不沾鐵屑,提高了被加工齒輪的精度;

      剃齒刀的表面處理工藝使用條件:

      在剃齒刀磨損后,立即進行表面處理(MGN處理),再進行磨齒,磨完齒后可投入使用。當剃齒刀齒部再次磨損后不需再次進行表面MGN處理,只需要修磨刃口,因此,MGN處理不像涂層那樣需要多次涂層,而處理是MGN一次性處理。剃齒刀在反復修磨當中仍起作用,不用擔心硬化層被磨掉。

      節約成本,從刀具開始。

      MGN工藝與鹽浴軟氮化的比較

      鹽浴軟氮化耐磨的原因主要有兩個方面,其一工件經過了拋光,降低了粗糙度,其二,經過氧化,有Fe3o4生成,可以儲油,減少了摩擦系數。多種氣體軟氮化MGN,表面有Fe3o4,FeS,和硬度較高的擴散層。雖然我們沒有對兩種工藝做耐磨對比試驗,但對40Cr表面硬度和梯度硬度進行了比較。

      由此看來,MGN工藝在硬度和滲層深度上比鹽浴軟氮化工藝更有優勢。

      幾種常見的鋼材氣體硬氮化與軟氮化后的梯度硬度比較

      常用材料硬度成本比較

      以上數據表明,合金鋼滲氮在某些情況下可以取代高速鋼、鈷高速鋼、鋼結硬質合金。特別是應用在模具上比高速鋼、鈷高速鋼、鋼結硬質合金具有更高的性價比,可以做到表面硬度高,心部韌性強,提高了模具的使用壽命,不易開裂,最大限度地降低了生產成本,尤其應用在精鍛模上,幾乎有著不可取代的作用。

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