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
0 o1 ^" E; T1 j: s射出(Injection)成形品
" f! o8 ^: l! e4 S6 Y- h單位:mm0 Y9 H+ _; m0 a0 [7 a0 }& K# T
尺寸範圍級別6以下6~1818~3030~5050~8080~120120~180180~350
4 P. T7 ]" V B8 m. t* c: |粗級±0.1±0.1±0.15±0.25±0.4±0.6±0.9±1.25 B; e3 _/ b8 O3 y; n
精密級±0.05±0.08±0.10±0.15±0.20±0.30±0.40±0.601 }1 _2 M6 {) v) {, d' Z) D8 |# C
壓縮(Compression)成形品(包含Transler成形品)
" s0 A1 X, y- x. A 尺寸範圍級別6以下6~1818~3030~5050~8080~120120~180180~250250~315315~400400~500& O$ E: h2 C+ J& S8 @* g) ~
粗級±0.2±0.3±0.4±0.5±0.6±0.8±1±1.3±1.6±2±2.5/ q+ L2 ^) v! n+ u
中級±0.1±0.1±0.15±0.2±0.3±0.4±0.5±0.7±0.9±1.2±1.5 c$ k' h* v) i9 Q
精密級5 y# Y/ g3 s ?# w3 g: H1 E D8 l: j0 G
±0.05±0.06±0.08; K) |; B" h# i+ r& S2 d
推孔加三中心間隔10.0; z/ V* L' |6 h3 {0 E
±0.10±0.15±0.20±0.30±0.40±0.50±0.60±0.80- n2 u B: ~: L2 y! h9 j
射出成形品的一般公差8 p/ T: F! [" D
尺寸範圍一 般以孔為準之孔以軸為準之軸& n ^& [7 d3 b- R# B& A! ?
10以下±0.1+0.15-0+0-0.2% h& \/ B' p1 r* M# l
10~30±0.15+0.2-0+0-0.25# M" c \& r/ @! b$ I3 {7 c
30~50±0.2+0.3-0+0-0.3
, `! n& Y- i% q- I& O9 p50~80±0.3+0.4-0+0-0.4
( W' O9 I" c3 B80~120±0.4+0.5-0+0-0.5! q7 U1 @0 ?) F
120以上±0.5+0.6-0+0-0.6* C F7 \! M# o! K" i9 q
鋼鐵尺寸公差規定$ S; c# S9 H: a% L6 Q5 {( Z
M切削加工之普通尺寸公差* K o1 j9 s8 _) l
單位:mm
+ e5 ]. g F. I) {" {公稱尺寸
0 C0 y$ S$ @, @ A1 ?/ r, h# A3 r" H尺寸公差& d5 b# V6 V8 ^
精級中級精級
( ~, g# p: @* V' {& O& T2 l1以上4以下±0.05±0.1±0.3
; C. j# E+ G; u4 j1 v4以上16以下±0.07±0.2±0.5
w8 e% ^/ K! @! Z$ f w) U- m# `5 Y16以上63以下±0.1±0.3±0.7% k* n4 K- M6 x" C% S; A) d
63以上250以下±0.2±0.5±1.23 K2 `, ?* l; `$ r& H( ]
250以上1000以下±0.3±0.8±2.03 |& V. }% k$ g$ n2 x
1000以上2000以下±0.4±1.0±3.0& F* u1 _) x" {, N e: s( V
本中心圖面尺寸公差規定如下:3 c$ t' |5 p9 Z2 ^* L6 A
a.有註明公差者,請按公差製造。2 u! k4 U [6 h9 j
b.未註明公差者,分述如下:5 k" i- c) F1 y. X) c3 a$ c# l6 R
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。- }8 o: ?9 ]' \3 N6 ]
〔例〕
; y X+ |. f1 \) M. _ 無小數點:±0.1" f' Q9 ~- x( z) L8 W
小數點一位:0.05
! ?! F- O; r* @0 X( d: z 小數點二位:0.02
. R2 B2 t5 M& `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。7 l0 s6 r9 m# Y8 l. F# B
各部零件公差之配合7 B. V8 A' R' O. T
單位:mm1 K% X, N; R$ [* @! J4 y5 N
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9 i) _3 v0 I" K& ?
簪記號尺寸H7P7K7g7f7e7
" c" |2 u1 Z% e1 I3以下+0.009-0+0.016+0.008+0.010+0.0-0.002-0.012-0.0062 J. K" q9 j. N$ P9 V" t
-0.016-0.014-0.024
8 r- U! f" `( W9 ~! w' U: x/ l3~6+0.012-0+0.024+0.012+0.013+0.001-0.004-0.016-0.010
" [2 z$ G0 X2 g; _ d8 ~-0.022-0.020-0.032
$ v) U' k. B% l2 Y0 v2 B8 v6~10+0.015-0+0.030+0.015+0.016+0.001-0.005-0.020-0.012 Q3 A0 P! C, O& s( n( ?: c @5 u
3-0.028-0.025-0.040: ]/ x- q) u# `
10~18+0.018-0+0.036+0.018+0.019+0.000-0.006-0.024-0.0
6 A/ j5 L" G9 S K, t. X- H16-0.034-0.032-0.050& K- N: K& N8 K
18~30+0.021-0+0.043+0.022+0.023+0.002-0.007-0.028-0.02 ^ F9 V# H! k0 I, m7 u3 X3 v
20-0.041-0.040-0.061+ b% r8 Z+ Z0 [! A
30~50+0.025-0+0.051+0.025+0.027+0.002-0.009-0.034-0.0* P. a: a7 r! S& \* r. {
25-0.050-0.050-0.075
- |3 V% k4 j8 f9 n' Z( J' x% Z50~80+0.030-0+0.062+0.032+0.032+0.002-0.010-0.040-0.03 y: i3 T7 f$ z( Q2 C
30-0.060-0.060-0.0907 M5 R" w" {+ H" T1 d1 N' {7 i
80~120+0.035-0+0.072+0.037+0.038+0.003-0.012-0.047-0.
+ e# N6 j) |+ E+ y036-0.071-0.072-0.1073 a) ^8 N: `! s
120~180+0.040-0+0.083+0.043+0.043+0.003-0.014-0.054-0
) `$ r& ^* {2 s. |; }.043-0.083-0.085-0.125
$ I! \! w$ |5 Y r; D' D180~250+0.046-0+0.096+0.050+0.050+0.004-0.015-0.061-0* v s- C1 K1 T* B' s, Y3 |4 t( o/ P
.050-0.096-0.100-0.143
4 ~& D F+ n* G" N2 T0 M7 E250~315+0.052-0+0.108+0.056+0.056+0.004-0.017-0.069-07 J7 H4 p( F9 W; i0 f0 |; h) `
.056-0.108-0.110-0.162
4 f; T2 b- H8 [& [3 H# b' n315~400+0.057-0+0.119+0.062+0.061+0.004-0.018-0.076-0# i) \" E. `) _9 @2 s/ b
.062-0.120-0.125-0.182) k( }+ {+ B, M. j$ j4 g8 ^
400~500+0.063-0+0.131+0.068+0.068+0.005-0.020-0.083-0
Q" Q m1 a, [& }; @0 y.068-0.131-0.135-0.198
8 W6 s* t9 s/ A5 J4 V$ `/ E500~630+0.070-0-0.022-0.092-0.145-0.215
5 C& _- P( m7 D; O4 V630~800+0.080-0-0.024-0.105-0.160-0.240
+ g% u7 x- i) ?8 r& r800~1000+0.090-0-0.026-0.116-0.170-0.260
$ j S7 N8 S6 N* O# U3 j1 Z: }8 _1000~1250+0.105-0-0.028-0.133-0.195-0.300: \; I# m7 Q. ]
1250~1600+0.125-0-0.030-0.155-0.220-0.345
5 I7 z$ b6 @( v* H; w% @1600~2000+0.150-0-0.032-0.182-0.240-0.3904 d& _8 j* \0 M- H# L
2000~2500+0.175-0-0.034-0.209-0.260-0.435
0 P- V- {% i* b+ u! y) O8 U2500~3150+0.210-0-0.038-0.248-0.290-0.500* i. M% Y. j& _$ L1 y) q
資料來源:日本岐阜精機) \+ ~1 w; N' x
塑膠模用模具材料
& K# \7 x% k& f5 t9 P 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:
& d' V. I( c+ ~8 b$ z容易取得。
2 K2 Y7 k' _& s2 i機械加工性良好。! b% E( I; L1 m. \+ P& E
表面加工性良好。
- Z! P- G2 d. o3 e ]強度、韌性和耐磨性大。) j( H. L5 ~1 J* t
無針孔和沉澱雜質等內部缺陷。3 T8 n% n9 i! V' G2 C6 D: Z& N
)可焊接性。
) z. B4 G3 c# T4 x) [/ d# L- C2 S〉熱處理容易、熱變形少。
* D3 D, _# \! g1 V# b' o》耐熱性好、熱膨脹係數低。
) A8 h" V' d" c! o3 H3 G種類及特性
% ?) ^( T# k) m( P- k 模具材料的種類很多,在此先將常用的幾種材料作一簡介。
; }7 Q2 F# G5 _7 ?: V3 |( y3 K2 Y一般構造用輥軋鋼材(SS)3 o$ f I+ d. K
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。
2 o, Z4 ?! c/ L# ~0 B9 N機械構造用碳鋼(SC、SCK)
/ W. p7 _) U( w 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。
4 p) ~! }9 Q) e4 u: J- u 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。
4 I0 b' `' B. `' E碳工具鋼(SK)' @' H8 M, g( e8 q) A! l
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。2 I/ a$ h3 n0 k+ ^( r3 t
合金工具鋼(SKS、SKD)
- H# W: w. ]0 L+ ~: @' X 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。: G* d, j6 ?$ S0 A8 G
高速鋼(SNC)/ Q7 R" n# G1 q% j
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。+ L) L" ~! l2 @; W$ O. o. o( _
鎳鉻鉬鋼(SNCM)) u: k0 B+ R7 _6 [1 z
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。2 i; I1 h$ e& ]8 {' G/ c0 Q) r" H
鉻鉬鋼(SCM)7 @' R$ R* U; y* _1 q1 n) k
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。
* a' I! k$ Y! n7 T* {; q鋁鉻鉬鋼(SACM)# S6 W ^; O7 U
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。7 D2 u! m3 g) k! f" w9 V' m
軸承用高碳鉻鋼(SUJ)
; [7 V' ]+ N y0 j5 s# ? 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。! X1 u6 P6 v( J7 l
(圖1)正常化圖解1 D% [0 M c a' W; V1 E" U
(圖2)退火之圖解
# n( T. u1 Z% t+ n: `' w/ Q不鏽鋼(SUS)
l$ Y7 u; K- t! c5 N 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。
! L/ A* I9 w' ^7 m; k8 U- k.11鈹銅合金5 i2 m( s; I+ j
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。
) J9 b/ G, [. U: f 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。
" ~ g) c) H0 r ]: Z' `0 R% P9 R: y! W+ o熱處理* R! w. q! x o2 L' h- _
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 d f4 ~ K" w7 ? M* |- M正常化
8 M, _2 T _) X s/ T) k- Z6 f. e 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。- v/ b F, W* a0 m) p
退火
1 w' f# P- e, N& C1 | x& \+ ] 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。4 S2 y$ H1 n3 V/ ^) g6 l$ R
消除應力退火( D* | }, S; V* l% R
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。
8 w) l! j) ?* i球狀化退火
' \& q* n% @$ G# h1 ?3 P 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。
4 Z) e! n4 p- R- B0 k淬火" I6 Z* a+ N; I G, S7 `! x/ j
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。
0 t8 v4 S( M3 L' C$ A(圖3)淬火之圖解7 h3 U9 b! x0 G& V
普通淬火: N- j- \' H$ O. ?
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。' Q. M$ |* U! M, }3 k- K, L
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。
& Z2 i* e+ \! I2 k; v% k麻淬火(marquenching)
( m. U' e; _% |; V5 K 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。
b% f+ \. j& J2 O4 o4 A麻回火(martempering)2 s8 Z7 Y: ]+ N
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。
' {" O3 o. t0 Z4 S$ S4 q回火
: i( G) n @1 U1 z5 d+ Z 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。/ Z& I8 j# L2 i$ e- d% Q5 g
低溫回火
, q5 F; e1 B7 b# S 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。
2 N5 X+ g2 r0 W高溫回火
& ?! o2 Y8 A! t7 G# o 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。% V; j1 [/ ^& |6 [$ Y5 V
(圖4)麻淬火之圖解+ U2 |; |3 b1 g* e
(圖5)麻回火之圖解4 V4 f5 O. p0 i7 P' g# O1 Z- B
(圖6)回火與機械性能之變化
1 z9 V6 O; l9 z4 v' r! c1 ~* } 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。% I% U0 A9 V5 `' q
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。& F m5 b8 w a0 V; x. g
表面處理2 j( }3 Q; N7 ]: E
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。0 N' j8 M( i5 Q; i& r3 R
滲透淬火
) {+ I/ W7 {2 J1 k( B3 ?! w9 a$ l 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。 K2 S1 [' P Y& q4 d
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。$ R6 R' x: @! e$ `7 J: @
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。0 t* |* p' X; f1 Y8 \
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。
$ ` X4 z/ k! b0 n" v高週波硬化
6 C1 s" |9 @# t1 C2 C! O 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。
, e; t+ B: Y( d& A, `' a o$ N火焰淬火# w: k1 t2 E* W0 U9 q( s
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。& Y0 b/ Y! ^" y. j, P7 O
全面同時淬火法
% c2 Q( T6 Y. i6 [3 j# L1 S1 g3 C 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。0 s0 `6 m" [0 b1 y7 w6 V S1 _
移動淬火法! h, f% j- p/ c; N% V
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。
* f* ]% a8 x. } W氮化
$ K& }. X& ^$ ~8 {1 b/ I) L) { 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。
+ x# M k }0 S% K 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。
# ?. O* m1 ]( p& \; S 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)。
- U: W" J% s! K p7 a氣體氮化法
( A9 n9 j6 U) ^4 ]4 ]% J 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。4 d- F: s/ Y2 u9 a
液體氮化法- ?+ L9 r0 v: d8 J
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。* O1 A0 h, h" I* K9 h2 c# B
軟氮化法
9 x) o2 K) l8 t: b 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。
) d; N1 R3 m1 \離子氮化法(Iron-Nite)! }/ q6 L5 M# m; H4 w
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。* {: @# E5 u- J. Q- Q2 E5 z
(圖7)離子氮化裝置構成概略圖
; `; y% j* l* N% {* Y5 f(圖8)離子氮化之處理循環/ l& ]6 U& i4 ~( G) Y+ U/ x, o
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。- @; k. r% A) 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4 k5 c3 N6 c/ \, H& i
(圖9)離子氮化之反應程序9 v; |$ |% ^; g2 ^- O0 U1 `/ h
(圖10)離子氮化處理後各種材料的硬度分佈曲線4 M' ?. v" |8 `) P1 o# |( L
圖10(續)8 z: T+ G1 o: ?7 I' W
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。
8 F% q8 {: }' x6 B& Z) Y 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。$ [. N" ^! j3 i7 o# @4 ]
電鍍3 u! o- Y! h+ u' ]: p9 r
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。
) n1 E; ~- w" \1 ^6 c鍍硬鉻
9 _" N3 g/ F" @/ T: F 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。
8 V# c$ X: W! z# K; t( z& x舐鍍層表面硬,耐磨耗性佳,不易刮傷,硬度高達HRC67~70。
6 {- i' B$ }4 w) k$ R/ E3 _7 ]8 B竺對鹽酸、稀硫酸以外的化學品有良好的耐蝕性。
! C$ H( P: E. e0 Q/ r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
" X2 X' d6 T6 ^8 A升產品價值。+ c# F$ i6 D* x9 T3 I& d' ~: d
無電解鍍鎳
- r2 j' P! m' z1 T 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:
5 R0 n( Z) c+ }罅不致發生電鍍的鍍層厚度差,為一較均勻的鍍著法。
* U; W: ?9 g! {, Z M' Z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。
. |+ W' y( |/ X5 M竺密著性良好,不易剝離。
! K7 g6 V9 O) l4 u" \' w' Y竽耐蝕性良好。 5 Q% \. X- A0 b
|