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汽车模具的离子渗氮技术

采用离子渗氮技术能进一步提高汽车模具使用寿命,在模具表

面形成一层比基体材料硬度和强韧性更高的耐疲劳渗氮提高模具抗热

变形和热磨损的能力,使模具寿命大大延长。

      离子渗氮具有渗氮速度快,渗层性能好、节能环保等优点,能

有效提高钢铁金属零件的耐磨性、疲劳强度、抗蚀性及抗烧性等性能

。在现代制造业中得到了广泛应用。

      近年来出现了一些新的离子渗氮、等离子体源技术,如活性屏

离子渗氮、等离子体源离子渗氮技术有着明显的设备和工艺优势,可

能成为离子渗氮技术的发展方向。

      汽车模具的特点

      汽车模具一般分为两大类:一是冷作模具,如汽车覆盖件类模

具;二是热作模具,如汽车的一些配件热锻模具。

      1.冷作模具

      汽车制造业中大型冷作模具主要是汽车覆盖件类模具,其外型

尺寸大,质量大,主要为铸铁或铸钢制造。这些模具的使用寿命主要

取决于模具材料、制造和装配精度以及模具表面的耐磨性。在汽车工

业中,轿车大型覆盖件拉延成型模具常用灰铸铁、球墨铸铁、合金铸

铁或铸钢制造,模具外形尺寸达5-6m,模具单件质量达20-30t。并且

由于现代轿车覆盖件模具正向高效长寿命和大型高精度方向发展,模

具形状愈来愈杂,对模具要求也越来越高。离子渗氮技术目前已经成

为大型铸铁新模具或维修旧模具延长其使用寿命和改善模具冲压件质

量的主要手段。生产实践表明,影响铸铁模具离子渗氮质量的主要因

素为模具渗氮前表面净化处理、渗氮后的表面加工、化合物层厚度和

次表层硬化效果。

      2.热作模具

      汽车热作模具种类繁多,模具工作条件和失效形式复杂。此类

热锻模具在热态下工作时,模具工作表面要承受反复的加热和冷却,

产生一定的热应力;同时还需反复承受不同程度的机械应力,尤其要

承受很大的动载应力,使模具材料内部受到交变的拉压应力,从而使

金属组织内产生晶格空位,逐步形成微细裂纹,造成型腔龟裂。另外

,由于模具冷却不佳,会发生粘模现象,使模具表面温度升高,塑性

增加,模腔在压应力和剪应力不断的作用下,产生型腔变形。一般来

说,汽车热作模具使用寿命都比较低。为了延长模具使用寿命,必须

正确选择模具材料,改善原材料质量和采用先进的热处理工艺,提高

模具热处理质量,模具的正确装配和操作也是重要因素。并非所有模

具都需要或都适合表面强化处理,不正确的表面强化处理可能造成模

具过早失效。

      活性屏离子渗氮技术

      1999年,卢森堡的Georges J发明了活性屏离子渗氮技术。活性

屏离子渗氮设备的炉体为阳极,金属屏为阴极,接直流或脉冲电压,

而工件置于金属屏内部悬浮,金属屏由不锈钢丝结成网状结构。其原

理是将高压电源的负极接在真空室内金属屏上,被处理的工件置于金

属屏内,当金属屏接通高压电源后,低压反应室内的气体被电离,在

电场的作用下,被激活的气体离子轰击金属屏使金属屏升温;同时,

在离子轰击下不断有铁或铁的氮化物微粒被溅射出来,以微粒的形式

沉积到工件表面,微粒中的氮向工件内部扩散,达到渗氮的目的。在

活性屏离子渗氮过程中,金属屏同时起到两个作用:一是通过辐射将

工件加热到渗氮处理所需的温度;二是向工件表面提供铁或铁的氮化

物微粒。

      活性屏离子渗氮技术的特点是:在渗氮过程中,工件处于悬浮

状态,离子轰击金属屏而不是工件本身。与常规离子渗氮相比,该技

术可以处理不同形状的工件,并能消除边缘效应以及空心阴极效应,

还能方便地测量工件的温度等。

      离子渗氮设备

      离子渗氮设备一般由炉体、进气系统、排气系统、电源系统及

控制系统组成。

      设备参数:离子渗氮设备的工作参数随炉体的大小而有所不同

。影响渗氮工艺的参数主要有电源总功率、直流输出电压、整流最大

输出电流、脉冲输出电压、脉冲输出最大峰值电流、脉冲频率等。整

个系统通过控制系统对工艺处理过程进行自动控制、自动完成,设备

可靠、处理质量稳定。

      离子渗氮设备节能改造:离子渗氮消耗的能量主要有电能和热

能,节能设备改造主要从降低电能和热能的消耗角度考虑。


      采用离子渗氮技术能进一步提高汽车模具使用寿命,在模具表

面形成一层比基体材料硬度和强韧性更高的耐疲劳渗氮层,可以在保

持模具表面减少热疲劳裂纹的萌生与扩展前提下,充分发挥离子渗氮

提高模具抗热变形和热磨损的能力,使模具寿命大大延长。

 

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