2018一級(jí)建筑師《物理與設(shè)備》復(fù)習(xí)資料:熱擴(kuò)滲技術(shù)

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　　熱擴(kuò)滲技術(shù)

　　熱擴(kuò)滲技術(shù)是用加熱擴(kuò)散的方式使欲滲金屬或非金屬元素滲入金屬材料或工件的表面，從而形成表面合金層的工藝。其突出特點(diǎn)是擴(kuò)滲層與基材之間是靠形成合金來(lái)結(jié)合的，具有很高的結(jié)合強(qiáng)度，這是其它涂層方法如電鍍、噴鍍、化學(xué)鍍、甚至物理氣相沉積技術(shù)所無(wú)法比擬的。

　　常用于熱擴(kuò)滲的合金元素包括碳、氮、硅、硼、鋁、釩、鈦、鎢、鈮、硫等。上述元素都已在不同程度上應(yīng)用于各類(lèi)模具型腔表面的強(qiáng)化。隨著熱擴(kuò)滲技術(shù)的不斷發(fā)展，二元乃至多元共滲工藝在模具表面強(qiáng)化中發(fā)揮越來(lái)越大的作用。對(duì)不同滲入元素或不同模具種類(lèi)而言，最佳滲入工藝也不盡相同，這里介紹在模具表面強(qiáng)化中應(yīng)用最多的幾種熱擴(kuò)滲工藝。

　　1.1滲碳

　　滲碳具有滲速快、滲層深、滲層硬度梯度與成分梯度可方便控制、成本低等特點(diǎn)，能有效地提高材料的室溫表面硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度等。滲碳工藝應(yīng)用于模具表面強(qiáng)化的第一個(gè)方面是低、中碳鋼的滲碳。滲碳應(yīng)用于冷作、熱作和塑料模具上，都能提高模具壽命。

　　對(duì)于注塑模，特別是在成形對(duì)型腔起磨粒磨損的塑料制品時(shí)，可采用20#鋼粗加工成模，進(jìn)行型腔表面滲碳，再經(jīng)過(guò)精加工拋光后投入使用，除了可以降低表面粗糙度外，模具的耐磨性也會(huì)相應(yīng)提高。又如3Gr2W8V鋼制壓鑄模具，先滲碳再經(jīng)1140℃-1150℃淬火，550℃回火兩次，表面硬度可達(dá)58-61HRC，使壓鑄有色金屬及其合金的模具壽命提高1.8-3.0倍。

　　滲碳工藝應(yīng)用于模具表面強(qiáng)化的第二個(gè)方面是“碳化物彌散析出滲碳”，簡(jiǎn)稱(chēng)CD滲碳法。它是采用含有大量強(qiáng)碳化物形成元素(如Cr、Ti、Mo、V)的模具鋼在滲碳?xì)夥罩屑訜幔�在碳原子自表面向�?nèi)部擴(kuò)散的同時(shí)，滲層中會(huì)沉淀出大量彌散合金碳化物，如(Cr.Fe)7C3、(Fe.Cr)3C、V4C3、TiC，從而實(shí)現(xiàn)了CD滲碳。CD法滲碳層中，滲層表面含碳量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)高達(dá)2%-3%，彌散碳化物含量達(dá)50%以上，且碳化物呈細(xì)小均勻分布。

　　CD滲碳件直接淬火或重新淬火回火后可獲得很高的硬度和優(yōu)異的耐磨性。經(jīng)CD滲碳的模具心部沒(méi)有出現(xiàn)象Cr12型模具鋼和高速鋼中的粗大共晶碳化物和嚴(yán)重碳化物偏析，因而其心部韌性比Cr12MoV鋼提高3-5倍。實(shí)踐表明，CD滲碳模具的使用壽命大大超過(guò)消耗量占冷作模具鋼首位的Cr12型冷作模具鋼和高速鋼。

　　在對(duì)各類(lèi)模具進(jìn)行滲碳處理時(shí)，主要的滲碳工藝方法有固體粉末滲碳、氣體滲碳以及近20年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的真空滲碳及離子滲碳。其中，固體滲碳和氣體滲碳應(yīng)用廣泛，但真空滲碳和離子滲碳技術(shù)由于具有滲速快、滲層均勻、碳濃度梯度平緩以及工件變形等特點(diǎn)，將會(huì)在模具表面尤其是精密模具表面處理中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

　　1.2氣體法低溫?zé)釘U(kuò)滲

　　氣體法低溫表面熱擴(kuò)滲工藝在模具的表面強(qiáng)化處理中占有十分重要的地位。其處理工藝簡(jiǎn)便，擴(kuò)滲溫度較低，能適應(yīng)冷作模具、熱作模具以及塑料模具等對(duì)型腔表面的各種要求。常用的擴(kuò)滲工藝有滲氮、軟氮化(鐵素體氮碳共滲)、氧氮共滲、硫氮共滲乃至硫碳氮、氧氮硫三元共滲等方法。

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　　1.2.1氣體滲氮與離子氮化工藝

　　將氮滲入鋼件的過(guò)程稱(chēng)為鋼的氮化或滲氮。氮化層的硬度高950-1200HV)，耐磨性、疲勞強(qiáng)度、紅硬性及抗咬合性均優(yōu)于滲碳層。由于氮化溫度低(一般為480℃-600℃)，工件變形很小，尤其適應(yīng)一些精密模具的表面強(qiáng)化。例如，3Cr2W8V鋼壓鑄模、擠壓模等經(jīng)調(diào)質(zhì)并在520℃-540℃氮化后，使用壽命較不氮化的模具提高2-3倍。又如，從德國(guó)引進(jìn)的熱沖模經(jīng)解剖分析，發(fā)現(xiàn)其表面約有140μm的滲氮層。美國(guó)用H13鋼制作的壓鑄模具，不少都要進(jìn)行氮化處理，且以滲氮代替一次回火，表面硬度高達(dá)65-70HRC，而模具心部硬度較低，韌性好，從而獲得優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。

　　氣體氮化法是采用最為廣泛的滲氮工藝。離子氮化法是為解決氣體氮化工藝工效低、時(shí)間長(zhǎng)而發(fā)展起來(lái)的工藝，其特點(diǎn)是滲氮速度快、滲層成分及其梯度易控制、節(jié)能、省氣、滲層質(zhì)量好、工作環(huán)境好等。

　　1.2.2氣體軟氮化(鐵素體氮碳共滲)

　　軟氮化是將鋼件在570℃左右加熱，以尿素或氨氣或醇類(lèi)裂化氣為滲劑，向鋼內(nèi)同時(shí)擴(kuò)滲碳、氮原子的熱擴(kuò)滲工藝。氣體軟氮化比氣體氮化滲速快、所需費(fèi)用低，將其應(yīng)用于冷、熱作模具鋼，可提高模具的耐磨性、抗高溫氧化性和抗粘著性。

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