模具材料特性及模具設計-金屬粉末/陶瓷 DIN 7710 Plastic成形品尺寸公差規格. Z3 {9 S0 a3 Z
射出(Injection)成形品
' ]* `* i y) I/ `% K單位:mm, K5 h8 n( }2 G5 @* o. O5 V! `
尺寸範圍級別6以下6~1818~3030~5050~8080~120120~180180~350
; z- r L: A3 G. ^1 T* G, \粗級±0.1±0.1±0.15±0.25±0.4±0.6±0.9±1.2
" ?$ T2 S6 N& m: Z/ ^$ ] y精密級±0.05±0.08±0.10±0.15±0.20±0.30±0.40±0.60" L% L; f( Q, t' T! y
壓縮(Compression)成形品(包含Transler成形品)& h3 s2 U( c# j8 Y* O
尺寸範圍級別6以下6~1818~3030~5050~8080~120120~180180~250250~315315~400400~500
! M9 V2 p5 I: m+ p/ d# T+ R. ]粗級±0.2±0.3±0.4±0.5±0.6±0.8±1±1.3±1.6±2±2.51 Z, p/ i8 r( h. M7 r F; I
中級±0.1±0.1±0.15±0.2±0.3±0.4±0.5±0.7±0.9±1.2±1.59 A6 l' V! V" E' h P% s5 r
精密級: i1 x( o- v0 A+ d$ L5 R
±0.05±0.06±0.08
3 d/ P$ {* C; M推孔加三中心間隔10.03 ~3 I* K `( u4 r% }* V
±0.10±0.15±0.20±0.30±0.40±0.50±0.60±0.80) _0 K* p+ y/ @: W* j/ X
射出成形品的一般公差
8 p' U3 g$ `0 x尺寸範圍一 般以孔為準之孔以軸為準之軸
/ Y4 W0 b( h8 w/ m10以下±0.1+0.15-0+0-0.2
* z$ u! E# |' h9 O10~30±0.15+0.2-0+0-0.25) G; U, @/ ?/ ^3 T4 `7 W6 E2 h
30~50±0.2+0.3-0+0-0.3
6 L" F3 u" T9 W: o" m5 K( v50~80±0.3+0.4-0+0-0.4/ A& h$ g: X. _- n5 x
80~120±0.4+0.5-0+0-0.5- X$ G+ d8 o8 D7 F& O1 |" k$ H" ^6 I
120以上±0.5+0.6-0+0-0.6: p, r w$ q1 G4 g. W" U* C1 X
鋼鐵尺寸公差規定
0 E; ^, G5 n }) J% g0 J& ?M切削加工之普通尺寸公差
* M5 O6 J& R% S6 p( b/ D$ g+ b單位:mm# g/ W# R: b% C2 r3 c7 x
公稱尺寸
3 X& W5 e2 L/ K* Q7 z: p N9 a0 G0 v尺寸公差. \1 j. N+ f* E: ~
精級中級精級% ^! q" r c+ m( f4 ?; `: t9 o( ?
1以上4以下±0.05±0.1±0.3' S; b) m5 Z$ ?
4以上16以下±0.07±0.2±0.5
& x; L' w0 Y- g, Z3 m16以上63以下±0.1±0.3±0.73 \7 m* y& _( C( h
63以上250以下±0.2±0.5±1.2
1 o! W. N; _: I$ s! f250以上1000以下±0.3±0.8±2.0
3 r# p# Q# f, E1000以上2000以下±0.4±1.0±3.05 z# m0 d$ H& S9 E
本中心圖面尺寸公差規定如下:
: f; q' j) D& \6 }% S' B) x7 Ta.有註明公差者,請按公差製造。
& |: V2 B% p2 p, e% S3 ^ Gb.未註明公差者,分述如下:
l* j% F4 l$ l成品部(Cavity or core)將現製品精度要求,由小數點以下位數來決定,並在圖面右下角註明之。, ]4 H. E6 K) `. V& B+ g% |) X4 Q. r- D
〔例〕
1 v$ G. p$ X! P# q 無小數點:±0.1& P7 e$ V2 S, X
小數點一位:0.05
0 Y/ B" C) t" h& k) m 小數點二位:0.020 x$ w( S3 n% [2 y
其他模座固定板等未註明公差者,將按照JIS切削加工之普通尺寸公差中線規定如上表,並在右下再註明。- {$ M; P' r% ?3 r9 B! T
各部零件公差之配合9 O& Q4 `; w; [' d3 a! I
單位:mm
; A$ k/ Y& ~$ l3 _4 T3 {9 o9 D! y( L適合部品基準孔斜 梢導 柱導襯套注口襯套心 型導 柱(滑動處)面 梢滑 塊# j: d5 e, B: V/ O/ _
簪記號尺寸H7P7K7g7f7e75 Q, g# w2 y1 ?
3以下+0.009-0+0.016+0.008+0.010+0.0-0.002-0.012-0.006
Z7 U( y- V' _ k-0.016-0.014-0.024+ V w% k: Q2 O5 l
3~6+0.012-0+0.024+0.012+0.013+0.001-0.004-0.016-0.010; c& J, l" Q4 C9 q
-0.022-0.020-0.032- @0 @, \0 G1 i; m4 y
6~10+0.015-0+0.030+0.015+0.016+0.001-0.005-0.020-0.01
) v% v: `: C. B) n2 b2 W3-0.028-0.025-0.040
" B w' R" l, |: k10~18+0.018-0+0.036+0.018+0.019+0.000-0.006-0.024-0.0
7 v3 z4 b9 |1 j* w" d5 C) K% \16-0.034-0.032-0.050
' Y. K6 U! G" i18~30+0.021-0+0.043+0.022+0.023+0.002-0.007-0.028-0.0* w, R, J! \. A! ^
20-0.041-0.040-0.061) O; _5 Y% h, d' j
30~50+0.025-0+0.051+0.025+0.027+0.002-0.009-0.034-0.0- V+ B) D1 F$ r1 M0 L
25-0.050-0.050-0.075, z$ W8 I) P- @ p: r: |
50~80+0.030-0+0.062+0.032+0.032+0.002-0.010-0.040-0.0
9 V) r+ L0 }) p- X; o& z) b: K0 A30-0.060-0.060-0.090
( U* T. m) U6 r* d6 T. m+ X: k, I7 T" |80~120+0.035-0+0.072+0.037+0.038+0.003-0.012-0.047-0.- k% i. a$ m4 U) {5 B/ u# f) H/ t
036-0.071-0.072-0.107* h# X! ]0 V& f; ]: R# b
120~180+0.040-0+0.083+0.043+0.043+0.003-0.014-0.054-0; K: p: y/ |* W1 w2 h* @! m7 C
.043-0.083-0.085-0.1251 Y/ E+ Z% v3 {* f
180~250+0.046-0+0.096+0.050+0.050+0.004-0.015-0.061-0
1 n, w/ l* ^- C, T. ^' E.050-0.096-0.100-0.143
' _" d' R% B, K! @250~315+0.052-0+0.108+0.056+0.056+0.004-0.017-0.069-0
' K9 k- ^0 i* b3 r5 h: p.056-0.108-0.110-0.162
" ^% b" {( W5 ~! W2 |( O q315~400+0.057-0+0.119+0.062+0.061+0.004-0.018-0.076-0
8 V! r, O: k; j4 U8 U4 u @.062-0.120-0.125-0.182) M P( _& K0 {
400~500+0.063-0+0.131+0.068+0.068+0.005-0.020-0.083-0! u# S& p6 }, h8 }& q ], Y
.068-0.131-0.135-0.198( I e$ {- N5 d
500~630+0.070-0-0.022-0.092-0.145-0.215/ b7 K. ~2 _6 V$ }4 S
630~800+0.080-0-0.024-0.105-0.160-0.240
. y: _) ~$ Q5 z3 d800~1000+0.090-0-0.026-0.116-0.170-0.260
7 M4 @2 s4 |2 O% ?: ?" N# |2 P1000~1250+0.105-0-0.028-0.133-0.195-0.300' ?$ l1 h7 K1 E5 X) G1 X
1250~1600+0.125-0-0.030-0.155-0.220-0.345
! c% _; |. r8 q$ G1600~2000+0.150-0-0.032-0.182-0.240-0.390
8 ~/ B4 H3 b: `8 @" k2 H2000~2500+0.175-0-0.034-0.209-0.260-0.435+ W% |, y# }1 E7 ^, }
2500~3150+0.210-0-0.038-0.248-0.290-0.500& K$ u1 U+ y$ p
資料來源:日本岐阜精機; A/ G! y7 X3 d: e
塑膠模用模具材料- q7 v( g1 |- c& O$ s& H3 U5 w& B$ h
模具材料的選用是否適宜,對模具的壽命、精度、加工性、價值等有很大的影響。故模具材料的選用一般均依照下列原則:
2 i! G% ^9 G( o+ @6 A容易取得。5 o% |7 S9 T. H( h
機械加工性良好。; e0 J4 ]) P* L! d
表面加工性良好。" J) f# z1 V$ T( ~2 H
強度、韌性和耐磨性大。
4 r- w/ s! T" B2 O$ V無針孔和沉澱雜質等內部缺陷。
5 ]4 w1 p0 k! \! @4 a1 X2 D4 @: Z" B9 _)可焊接性。
2 {; w& `' c3 P' Q* e〉熱處理容易、熱變形少。
* ]0 B" i3 U! ^' _1 {2 h2 a》耐熱性好、熱膨脹係數低。
. g' f+ ]5 R+ w. P3 N0 S! U種類及特性
/ _# N N& T3 B: P% A9 _ 模具材料的種類很多,在此先將常用的幾種材料作一簡介。" m- j; Q, Q% j6 w: `+ w! J
一般構造用輥軋鋼材(SS)
. G. a, h2 h# { 一般構造用輥軋鋼材SS41、SS50,價廉而容易取得,但質軟多針孔,因此用於不需強度、硬度的零件,不適用於模板材料。
8 `8 f$ K! l2 P8 c# H- o機械構造用碳鋼(SC、SCK)
4 v' W+ T1 c# X/ ~$ Y 機械構造用碳鋼S25C、S50C、S55C等,價廉而容易取得,加工性也好。S25C用於模具的承板、定位環、豎澆道、襯套、止動螺栓、支持件等,而少用於模板。S50C、S55C原則上回火到硬度9~22HRC,以增其加工性,為標準的模板材料。
5 t/ k+ x) P( k' C1 n% X! O" ? S9CK、S15CK的含碳量少,因而質軟,所以需作表面滲碳,淬火成HRC45~59的硬度來使用。/ u- M; t& O; ]0 u. B6 p
碳工具鋼(SK), D: s V- I4 s y/ ]5 ]
碳工具鋼有SK3、SK5、SK7等,含碳量為0.6%以上的高碳鋼,其淬火硬度是SK3、SK5為HRC50~60,SK7為HRC50~55,H此類鋼材耐磨耗性優良,且為較價宜的工具鋼,用於有滑動部份需高硬度和耐磨耗性的零件,如導銷、襯套、頂出銷、復歸銷等。
1 q7 x2 o% M0 A) t$ C5 ]# L合金工具鋼(SKS、SKD)
. [) p/ N5 k/ s0 L/ Y 常用的合金工具鋼有SKS2、SKS3、SKD11、SKD61等。SKS2與SKS3是碳工具鋼加鉻、鎢增加淬火性、耐磨耗性,用於特別要求硬度與耐磨性的成形模板,其硬度HRC55~60。SKD11、SKD61是添加釩取代SKS的鎢,其淬火性與耐磨耗性優於SKS,且淬火應變小,其硬度SKD11為HRC55~60,SKD61為HRC45~51,但SKD61的耐熱性、韌性都優於SKD11。0 F5 | K& _' c1 N0 c% d
高速鋼(SNC)
$ r+ S# f; Z2 l8 |$ C& p8 m" }5 F 此處的高速鋼是指SKC2與SNC3的鎳鉻鋼,係為碳鋼加鎳和鉻,增其韌性與淬火性,回火硬度為22~30HRC,用於成形模板。
3 X/ }, \8 O! Z1 X" ^$ |鎳鉻鉬鋼(SNCM)
4 F$ L+ w1 @5 _/ J; g- e: ] 鎳鉻鉬鋼SNCM2是淬火性,耐磨性耗性均好,尤其是強度、韌性特別好的鋼材,其用途與高速鋼相同。
9 H' Z6 H6 a, g, a I o鉻鉬鋼(SCM)
7 b/ Y# F/ T, H$ R8 H 鉻鉬鋼SCM3、SCM4是碳鋼加鉻,鉬的構造用鋼,其強度、韌性優於碳鋼,其價格較SNC及SNCM便宜。
6 Z/ s) T$ O" w" e2 V- {鋁鉻鉬鋼(SACM)
/ V; M4 [ X( f& C 鋁鉻鉬鋼SACM1經氮化處理(氮化層硬度為HRC67)耐磨耗性很高,用於要求硬度和耐磨耗性的滑動部份,如頂出銷等,鋼材本身硬度為HRC20~30。4 ^9 Z* D+ M8 t" p
軸承用高碳鉻鋼(SUJ)
% m& [# q1 d2 g1 | 軸承用高碳鉻鋼SUJ2為軸承用的鋼材,耐磨耗性、淬火性均良好,其硬度為HRC55~60,用於滑動部份需有相當的硬度和耐耗性。" a- j0 j3 S) q. K
(圖1)正常化圖解0 p: z5 `9 o. w, ~! J1 n
(圖2)退火之圖解- O4 K( z9 B) w5 K* u7 ~
不鏽鋼(SUS)
% o( h" r( X9 J- m. E3 \1 s' h$ o 如PVC的塑料,需用耐蝕性高的模具材料,可以增加鉻量,減少碳量的耐蝕性不鏽鋼SUS來製造。; l3 v! W! s% C; a; ]
.11鈹銅合金% ~1 V1 {) G0 t
含鈹2.5%,含銅97.5%的鈹銅合金,常用來製作形狀複雜的公模或母模。其製作的方法是將熔融的合金注入模型內,然後一直加以壓力直到冷卻為止。2 w) P! f, r" n% `9 Q$ r8 s* @1 Q
表一為塑膠模各構件最廣泛應用之材料,及其熱處理狀態及使用之硬度。表二為構造用的合金鋼的化學成份及機械性質。表三為表二所列的模具材料的的特性、用途及使用的場合,此三表可供學習查考,以選取最適用的模材。
% F$ D/ n; v( W* q0 l熱處理, R* w ^5 E) V. w, G3 W
鋼材經適當的熱處理可顯著增加硬度、強度、韌度、耐磨耗性等機械性質。施行電鍍作表面處理,模具精度提高、表面光亮,使脫模更順利,成品表面光度增加。因此欲模具壽命延長、品質提升,除了事先預選適當的模具材料外,對於加工後,模具的熱處理方法的選定也極其重要,以下分點說明。2 a" K* x+ p; s3 T
正常化
, B6 B S3 f& R' Q8 N5 m/ K p 此項熱處理旨在消除鑄造、鍛造、輥軋等高溫高壓處理所產生的粗晶組織,並將加工所生的內部應力消除。其方法為將工作加熱到變態點AC3或ACm點以上30°~50℃的溫度後,使之在空氣中自然冷卻,如圖1所示。使用大型構造用鋼,在材料經鍛造成模型後,再施以正常化處理。6 P! \, Y& u' [ M5 v2 B+ d. Y
退火( m V! b$ L( ?; ~: O( ~7 U; Z J
退火是為了使鋼料軟化,調整結晶組織,除去內部應力。其方法為加熱到AC3或AC1變態點以上30°~50℃,保持適當時間後,在爐中或灰中冷卻,如圖2所示。模具材料退火處理有兩種方式。; t/ r5 l4 W4 }% z3 I; u6 o
消除應力退火) _: c2 [$ X' R) K
目的在除去加工所引起的內部應力。適用於粗切削、中切削或需淬火的模具零件。因淬火時麻田散鐵變態所生的應力將加大,除非先行實施退火消除內部應力,否則將造成巨大的應變,而致淬火罅裂、翹曲。即使不淬火的零件,若經大量粗重切削,不經此項處理的話,也將因加工應力的殘存,而終致尺寸的精度改變或發生翹曲。 G! u# C; j |* s! R$ q% O* ?' W
球狀化退火) Y2 E1 j1 M' m; I; _# {& X \4 H
目的在改善加工性,增加韌性,防止淬火罅裂,使鋼中的碳化物變成球狀組織。8 G- E, W; |7 c3 R% ]% d8 J
淬火4 q! F$ d1 y7 j0 X; M3 @$ Q
淬火的目的是為了將鋼硬化、增加強度。其方法為鋼材加熱到AC3或AC1變態點以上約30°~50℃,保持適當時間後,使它在淬火液中急速冷卻,而產生高硬度的麻田散鐵組織,如圖3所示。模具零件常用的淬火方法有下列三種。
, F' o7 ~! v& b; h/ d(圖3)淬火之圖解# d4 P, \, P4 ]) J `% y7 X
普通淬火
- v) i7 W& t+ D9 l8 V" u 加熱到變態點以上的溫度後,在水或油中急冷以得麻田散鐵組織。此方法,加熱必需防止過熱及氧化脫碳的現象發生。對於壁厚不均的模具,將會有加熱不均勻。由於各部份的度差發生熱膨脹差,致影響變態點,引起變態差,而致淬火罅裂。因此為了達到均勻加熱,最好用鹽浴或惰性氣爐。
$ b) g$ o+ R% x 氧化、脫碳之防止可採用鹽浴爐或可調整的隋性氣爐。熱處理變形的防止,宜使用淬火溫度低,自硬性大,有氣冷程度的淬火鋼。含大量鉻、鎳的合金鋼、高速鋼具有此一空氣中冷卻而硬化的特性,對於加工後再行熱處理的模具、精度、形狀能保持而不致變形,精密度失掉。
" I% r) i2 r' W( v; ?& P& t麻淬火(marquenching)
$ d- O0 x# z2 B3 F 如圖4所示,將待處理的材料加熱到淬火溫度後,投入於溫度為Ms點(冷卻時由沃斯田鐵轉變為麻田散鐵的開始溫度)的熱鹽浴中,待材料的溫度成為均一後,取出氣冷,緩慢引起麻田散鐵變態、材質變硬,不致發生淬火應力及罅裂,最後再施行回火處理。
. F1 ~; L0 x: d% z3 J) g* y8 ^2 D麻回火(martempering)% }" ^: U# C# m/ ~( K
如圖5所示,將材料加熱到淬火溫度後,投入於溫度為Ms點及Mf點(冷卻時由沃斯田鐵轉變為麻田散鐵的終了溫度)間的熱鹽浴內淬火(100~200℃),長時間保存恆溫,直到變態終了,然後空冷。利用此法淬火者,麻田散鐵自行回火,淬火應力消除,衝擊值得以提高,韌性較回火處理者強。工業界一般皆不等待到恆溫變態終了,即行撈出,如圖示,而後段則採氣冷回火。/ I6 G, {: A5 B1 v3 x3 o6 A
回火
1 ?& J* m0 F9 K; e5 D 淬火後的鋼雖然強度大硬度高,但是很脆。假如淬火鋼加熱到A1變態點以下的適當溫度時,不但可以除去淬火鋼的內部應力,又能調節硬度得到適當的強韌性,這種處理叫回火。依照回火之目的,可分為低溫回火與高溫回火兩種。3 ]/ |6 H+ z; }( t! F) a4 W
低溫回火
' w f+ c( m7 w+ u" o) k 適用於淬火硬度需要相當高的情況下,將高碳鋼加熱於溫度約200℃的低溫,目的應於消除淬火所產生的內部應力。殘留的沃斯田鐵組織不易產生變化,可維持相當高的硬度。
6 k" K3 p7 C$ B% h1 w/ v1 }高溫回火
6 g/ l# ^ k$ u# c. U 適用於構造用鋼,將其加熱在溫度500℃~600℃之間使其組織變為有韌性的糙斑鐵。此時可兼顧鋼材的韌度和硬度。& q( `/ @/ X) [
(圖4)麻淬火之圖解2 f5 o4 u$ e3 O4 F. M
(圖5)麻回火之圖解
3 ]/ p+ G7 {. t H- t(圖6)回火與機械性能之變化6 B4 h; G* A7 V% Y
圖6為含碳量為0.45%的中碳鋼,在不同回火溫度下的機械性質。
2 P1 \2 l7 x! e* n/ K 對於施行一次回火,不能得到滿意的機械性質的鋼料如高合金鋼及高速鋼,可施行2~3次的返復回火。
8 F1 s- |5 p& i6 l% O% w表面處理" ^; M$ j7 s ^2 _! L9 u( ?
表面處理是指以加熱或化學處理的方法,使鋼料表面增加硬度到達某一深度。其方法有滲碳、高週波及火焰淬火、氮化及電鍍。分別敘述如下。4 }" S: C% e3 @0 |7 }; y4 \, V6 I
滲透淬火+ j! T/ A3 v o2 c' U/ O4 f( _
低碳鋼或表面淬火鋼(低鎳鋼、低鎳鉻鋼等低碳合金鋼)在適當的滲碳劑中加熱,使表面起滲碳到某一深度,使成高碳的狀態的表面硬化法。在滲碳劑中以850~900℃加熱8~10小時,則鋼料表面起滲碳約2mm的深度。滲碳完後再施以淬火處理,使滲碳部份硬化。若有不想滲碳的部份,可預先鍍銅以防止。一般滲碳劑可分為固體滲碳、氣體滲碳與液體滲碳等三種。
( Y2 z# g1 r0 V6 t4 p! d" m7 \固體滲碳的滲碳劑使用木炭、焦炭等固體。以木炭粉為主,加入20~30%的碳酸鋇、碳酸鈉等促進劑。
7 i8 h0 g- s8 a3 |3 U氣體滲碳的滲碳劑為氣體,主要為一氧化碳或甲烷碳化氫,滲碳濃度容易調節,可使滲碳均勻。滲碳能力大,不只表面,連心部也可均勻滲碳。
; w0 u. B( v6 h! x9 b8 f3 }液體滲碳的滲碳劑為溶融的氰化物,將鋼加熱到AC1變態點以上而滲碳。通常薄層硬化是濃度較高的氰化鈉鹽浴中作低溫(850~900℃)處理,而厚層硬化以濃度較低的氰化鈉鹽浴作高溫(900~950℃)的處理。$ v2 ?+ ]) f; A- P: \' k0 n% R
高週波硬化9 q! m- p' g7 l9 E) B6 T
藉高週波感應電流將鋼料表面急熱,在到達淬火溫度後,用適當的冷卻劑急冷,稱為高週波淬火。主要用於需具強韌及耐磨耗的機械性質的模具零件,如導銷、復歸銷、斜銷等等。含碳量0.4~0.5%的碳鋼,或合金鋼皆適用於本方法。
& a9 U, \8 i5 @% c. X火焰淬火
9 l! J3 t( v3 e5 K6 F 以氧氣-乙炔火焰將鋼料表面急速加熱到淬火溫度,再以水急速冷卻而使表面硬化。本方法的特色在於只將外周表面淬火硬化,因此淬火應變小,可應用於各種形狀及大小的鋼製品。淬火方法大致分別有兩種。& C% W/ {$ a7 H; H1 h- _% V w; W9 x
全面同時淬火法& C. Z/ h" F- }; e4 U% A$ X$ |
適用於較小面積的處理。全面同時加熱,然後對此加熱到淬火溫度的面進行冷卻以硬化之。
; T c2 }& l* M) R4 P4 [3 x0 P* P* B: q; |移動淬火法* }5 I1 M$ L: B% G8 T
大面積不適宜用全面同時淬火法,乃改用順序移動加熱及冷卻的組合吹管,以行加溫冷卻全面積。也可應用於不易全面淬火的模具的局部淬火、零件的磨擦面,可增高耐磨性,延長模具壽命。
! V* w# n& ~6 N0 z& X, D, [氮化6 N! y' X0 N. _$ }: U4 c( N Q* ^
氮化是在氨氣或含氨的媒體中加熱,增加氮含量而將鋼表面硬化的方法。加熱溫度高時,硬度減低,但氮化深度加深。氯化時間取決於所需氮化深度,大約是50小時0.5mm,標準是100小時0.7mm。鍍錫或鍍鎳的部份,可以防止氮化。
3 m: v% \) K: Z# }5 O 氮化用鋼,其標準成份大約是碳0.35~0.45%、鋁1.0~1.3%、鉻1.3~1.8%、鉬0.5%以下,此時的氮化溫度500~500℃,表面硬度為HRC67~70,為一非常硬的氮化層。
1 i# u# M' t, [8 y 氮化法依其媒劑可分為氣氮化、液體氮化、軟氮化(低溫鹽浴氮化法)。
& ]) }/ `+ L# B' y3 O氣體氮化法
3 f8 @ C; k/ R( q+ \3 u) P 被處理的料件裝於氮化箱內,放入於爐中,通入氨氣,溫度為500~550℃左右,氮化時間為50~100小時。此種方法為低溫處理,使熱處理變形接近於無。
2 ]: k! _9 m+ B3 |液體氮化法
* M! r2 ^' A0 T: o3 f 液體氮化法與液體滲碳法之不同點,在於本法是在AC1變態點以下加溫而滲碳法卻在AC1以上,且本法所用之鹽浴含較高的氮量而較少的碳量。將氰化鈉鹽與氰酸鹽和碳酸鹽適當混合,加溫到560℃,將料浸入約2~3小時,即可形成薄層的氮化層,可增耐磨耗性,防止燒焦及耐疲勞性。
( `2 f# c# Y% `4 B5 p- p8 P! _軟氮化法
& z. V+ X2 D, U/ _- A 此種方法使用於氰化鉀(KCN)等的鹽浴槽中,溫度在520~570℃的低溫。其處理與液體滲碳法相同,唯溫度較低,且其硬度約只為氣體滲氮的一半,故稱為軟氮法。氮化時間較氣體氮化法為低,約1~2小時。此種方法處理的低碳鋼、中碳鋼其硬度增加有限,約可達到HRC53~59。但其耐磨耗性與耐疲勞性顯著增加。2 \' y2 W. \1 ?: w. b3 b) `
離子氮化法(Iron-Nite)' Q% E" v2 k1 P9 k
為了改進氣體氮化法(硬氮化),處理時間長、效率低,最外層的氮化物很脆等缺點。德國的Berkard berghaus發明離子氮化法。離子氮化法首先企業化的是西德的Klockner. Ionon. Gmbh。其方法是將待處理的工作裝入電氮化爐內(圖7),首先將爐內排氣至10-2~10-3T後導入N2氣體(或N2+H2混合氣體),使爐內保持所需要之處理氣壓(通常10-4~10Torr)。以爐本體作正極,處理工作作負極,將兩極間施加500V~1000V的直流電壓,爐氣便因輝光放電而電離化(即氣體被離子化而成正離子向負極的處理工作表面衝擊),處理工作表面受到加熱,同時氮化也因此而進行。6 \$ X% p5 H# g$ ?# T
(圖7)離子氮化裝置構成概略圖
9 p5 @: e/ b% w( W(圖8)離子氮化之處理循環$ J9 W) c4 \/ x1 V$ Q5 M8 e
處理溫度與一般的氮化溫度一樣,通常在480℃~570℃的溫度範圍內。溫度的控制係以輻射高溫計測定溫度而以電流值控制之,表面氮氣濃度可改變爐內充填的混合氣體(N2+H2)的分壓比而調整之。參圖8離子氮化之處理循環。! N) N' j& x8 z1 R
參圖9,可知硬化的反應程序,是由於在正負兩極間的高電壓,會使氮氣爐產生輝光放電,在
! g; h4 }; p0 ]9 C1 X6 \, `(圖9)離子氮化之反應程序
) w( h* p+ J3 |8 w) Q(圖10)離子氮化處理後各種材料的硬度分佈曲線. m5 d. a, e7 f' n
圖10(續)0 C7 ~& a- I+ w5 o; i6 y% r: j! h) P
電離氣中生成之氮離子便向工作表面快速衝撞,動能轉變成熱能,造成溫度上升。這時由於對氮離子的衝擊及飛濺(spattering),所產生的排斥作用,Fe、C、O等元素由工作表面被打出來,飛散出來的Fe在放電的電離子中與N離子結合而形成Fe-N的氮化鐵。Fe-N的氮化鐵由於附著作用而附著於表面上,N便向最外層擴散侵入。即最外層的化合物層由於擴散順序發生FeN→Fe2N→Fe3N→Fe4N等組織變化而產生氮化作用。最外層由離子衝擊作用Fe不斷地飛散出來繼續形成氮化物,成為氮氣供應的輸送源而促進氮化的進行。9 {( m: z6 t ~6 ~ _ Z" w/ c
離子氮化的特點為處理溫度低,處理的工件變形小又無公害問題,為最新最進步的表面硬化法。其可處理的材料除了碳鋼、模具鋼、工具鋼、氮化鋼、合金鋼、高速鋼外,過去認為難以處理的不鏽鋼、鈦、鈷等利用本法已能實施良好的表面硬化。參圖10可知經過I.N.處理的材料,可得到極高的表面硬度,並可獲致極優良的耐磨耗性、耐疲勞性、耐蝕性及耐剝離性。
/ _* T# c2 X0 o電鍍: \" |+ J+ ?) k' Q# H/ b
電鍍是在模具表面被覆其他金屬,以增加表面光度、提高表面硬度,增強耐蝕性的表面處理,以下分述之。# ^/ y t+ s3 S
鍍硬鉻) ^" M' x; w1 m% n4 K
將模具欲鍍的部份浸入於無水鉻酸為主的電解液中,通以電流,鉻析出而附著於模具表面。鍍層比普通鍍層厚,約0.01~0.02mm,硬度HRC67~70。使用本處理增進下列優點。罅脫模良好。鍍硬鉻表面光滑如鏡,脫模非常順利。
: d3 |3 \4 j, O/ j8 ?舐鍍層表面硬,耐磨耗性佳,不易刮傷,硬度高達HRC67~70。2 b: P7 F9 b7 |
竺對鹽酸、稀硫酸以外的化學品有良好的耐蝕性。
! Z/ Y. i$ }% N) K! x" }竽鍍鉻面有精美的光輝,模具凹穴經此處理,所射出的成品也能具備精美的光澤,提
- z0 Y0 ?$ i( i* `7 L6 O* g7 t2 a升產品價值。
: W: l! ]4 w9 E$ \" u1 u0 T, z無電解鍍鎳
* l/ L1 {% g0 `! ]- ^. y 此法不經電解作用,不像上法,乃純粹的化學方法施行鍍著。鍍著經由附著於模具上的觸媒劑的作用,使鎳被還原,而形成表面鍍著層。此種鍍著的特性為:; X+ u8 y* d% o; U
罅不致發生電鍍的鍍層厚度差,為一較均勻的鍍著法。
9 X# M6 b! v1 w5 f+ @舐表面不生針孔,光滑而硬。鍍層硬度HRC49,經熱處理更可提高HRC64~67。
: P0 C6 d3 E5 V3 h9 c3 v6 e) o竺密著性良好,不易剝離。
4 v& h, d! b/ F, [. n竽耐蝕性良好。 6 u5 j1 m9 M4 A2 e9 _
|