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[原创资料] 模具材料特性及模具設計-金屬粉末/陶瓷

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发表于 2014-7-13 16:07 | 显示全部楼层 |阅读模式
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
  @2 I3 c1 b# _& e$ N射出(Injection)成形品
3 r$ t6 J. v* d8 d0 Q! v單位:mm
  d2 N( ~7 \: I尺寸範圍級別6以下61818303050508080120120180180350
; r7 l, v! d/ ?  b  S& d粗級±01±01±015±025±04±06±09±12# W% p" e) y: V7 J, q6 ]5 S* e: R
精密級±005±008±010±015±020±030±040±060
3 E9 X: H# s+ J3 ^" R0 F5 d8 z壓縮(Compression)成形品(包含Transler成形品), P* m* b) `: E; L9 ^, g; e- v
 尺寸範圍級別6以下61818303050508080120120180180250250315315400400500: q, h3 R0 @9 B; e) X# H$ Z- N
粗級±02±03±04±05±06±08±1±13±16±2±25& f9 n8 [7 x. ?0 o
中級±01±01±015±02±03±04±05±07±09±12±15
2 R  b; t' ~8 L7 I精密級% d4 g8 g" _8 e$ Y8 B
±005±006±0083 Z- p' }7 Y+ Y4 [- Z3 H1 h
推孔加三中心間隔100( S" m7 K0 D4 r4 g
±010±015±020±030±040±050±060±0800 ^7 F/ Y0 S5 M7 I: g0 ^/ n
射出成形品的一般公差9 w4 ]( X2 r: {% s, n
尺寸範圍一 般以孔為準之孔以軸為準之軸
- ^. C2 b" U: g: U8 {% F, N  N10以下±01+015-0+0-02- A! i' P. [4 I/ _
1030±015+02-0+0-025
$ r! `, `% j+ v; J* I9 a" V3050±02+03-0+0-03  R- C3 A3 |4 N$ X) w0 @3 X
5080±03+04-0+0-04
% W' J& B* P1 Y- e3 N80120±04+05-0+0-05
8 b7 }7 w; C) F4 I4 _120以上±05+06-0+0-06
! L2 k8 Q1 R8 a# a鋼鐵尺寸公差規定
3 [) d6 `3 L- x4 \8 K8 k! tM切削加工之普通尺寸公差/ @( ^2 Z) |) M8 y4 g6 `
單位:mm3 L8 K8 b0 x5 V: e# d
公稱尺寸, Z) q$ `& o. R9 V" n
尺寸公差0 C# s2 A2 o$ T
精級中級精級' j% J* P. R* k5 i& h
1以上4以下±005±01±03
1 r3 g- J; X: T  s. l3 a4以上16以下±007±02±050 ^: {  x* o' O$ ~. o
16以上63以下±01±03±070 ~4 U& D' {+ A' F/ n6 ~
63以上250以下±02±05±12
& r* N+ U/ Y% \, r250以上1000以下±03±08±20
, r" ?8 q; S# k% }% }1000以上2000以下±04±10±305 K2 J& q4 c2 U
本中心圖面尺寸公差規定如下:
  I: k5 n5 V  T8 E' F; _) e2 oa.有註明公差者,請按公差製造。
4 x* H: s! O) a& t, F" `0 x' ?# ?b.未註明公差者,分述如下:) j3 J  y  J2 o0 {4 z
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。7 k5 n1 [+ p9 k+ `- C/ q+ e
〔例〕+ d, J: d; y6 s& e6 p& K) V
  無小數點:±01
. {4 g" F; D4 H2 t  z* _$ T3 B/ Y  小數點一位:005
# W- d- }5 H2 `- O, W+ U  小數點二位:0027 \8 u# {* ?1 c1 H" A
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。) k/ c, `8 g  H% x
各部零件公差之配合1 S) y/ t( e/ }- t/ l
單位:mm
, i0 ]: B4 q' A, ~9 F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
7 X3 g; Q7 V% R. u" a6 [+ I  簪記號尺寸H7P7K7g7f7e7" l6 p0 E4 K1 o/ @9 X/ K$ p
3以下+0009-0+0016+0008+0010+00-0002-0012-0006. y/ F* R! W) A# d  Z/ D1 V
-0016-0014-0024- g+ X8 ]6 k$ Q% ~7 C
36+0012-0+0024+0012+0013+0001-0004-0016-0010
/ w+ j/ c: j4 @; m" w  Z5 y-0022-0020-0032$ g' g8 R5 _0 g6 ~" h# `
610+0015-0+0030+0015+0016+0001-0005-0020-001
  c. t. ?6 S5 \) d3-0028-0025-0040
/ i/ `: A3 N7 o' h% y1018+0018-0+0036+0018+0019+0000-0006-0024-00
$ ]4 M( T3 P( |* p! U4 d2 S* U16-0034-0032-0050# H$ x6 a' n( q3 a' d, c  k$ {& j
1830+0021-0+0043+0022+0023+0002-0007-0028-000 {& \7 N& r  {7 G
20-0041-0040-00611 I9 E2 R$ y4 e3 b2 h
3050+0025-0+0051+0025+0027+0002-0009-0034-00
9 A+ \( W: X+ ?$ ~! K8 s0 k$ k+ O8 A25-0050-0050-00754 @: X) O$ ]1 C& n) c
5080+0030-0+0062+0032+0032+0002-0010-0040-00
, S/ n# J; V% s' F  G30-0060-0060-0090
9 H$ J3 p' B  ~2 ]* P80120+0035-0+0072+0037+0038+0003-0012-0047-0
9 I% z5 E. E9 |: F036-0071-0072-0107
, U& _: H2 q5 O) u2 `+ R3 v# p1 l; h; h120180+0040-0+0083+0043+0043+0003-0014-0054-0# t4 W- M* N" {& Z; T7 y, M
043-0083-0085-0125
$ B: p/ V; l3 Z' @  j) R180250+0046-0+0096+0050+0050+0004-0015-0061-02 U% u( z. ~1 h/ d2 }
050-0096-0100-0143
/ Y. a+ S. s; Q0 g) ~6 }250315+0052-0+0108+0056+0056+0004-0017-0069-0
' B1 M, V; K  Q2 ^* G3 J7 b. l056-0108-0110-0162
& Z8 v/ K$ v: O, U6 L315400+0057-0+0119+0062+0061+0004-0018-0076-0
; g% i% K9 z1 k' v062-0120-0125-0182* W: ?0 H/ D2 T' x. o! m  S( ^* u
400500+0063-0+0131+0068+0068+0005-0020-0083-0
8 E, \$ B/ X! D/ ?068-0131-0135-0198: n9 Z) O! m. H; H- A" G' J, q: {
500630+0070-0-0022-0092-0145-0215$ U% ?, H0 m, J* K
630800+0080-0-0024-0105-0160-0240& c, q& R% x% o
8001000+0090-0-0026-0116-0170-0260
; V9 ?" n4 c+ ^' K10001250+0105-0-0028-0133-0195-0300
6 V1 B9 X, E8 K0 `: l12501600+0125-0-0030-0155-0220-0345- o% T( D4 a/ N3 Y
16002000+0150-0-0032-0182-0240-0390
: r* M% g( [- j# R20002500+0175-0-0034-0209-0260-0435
8 A% m, C# i) P' N. c25003150+0210-0-0038-0248-0290-0500
. q' r5 E5 G- w: e1 k- i資料來源:日本岐阜精機( j; T( K, X/ y  J5 F' c, k
塑膠模用模具材料
; a, V8 C1 j4 O) ]. d6 e/ h  模具材料的選用是否適宜,對模具的壽命、精度、加工性、價值等有很大的影響。故模具材料的選用一般均依照下列原則:
  ^+ k9 p  g3 q4 u$ I* E5 d容易取得。
& I% S  J; l' M: \機械加工性良好。* v' e) o: e$ M1 D' V/ I! A
表面加工性良好。
/ l6 H( P! J' ^6 F# i強度、韌性和耐磨性大。
' ^; f$ @6 m/ R. W) q' ?0 V( j無針孔和沉澱雜質等內部缺陷。$ U& B7 o/ g+ j3 U7 }
)可焊接性。* k0 r- e7 I. O! \) z
〉熱處理容易、熱變形少。7 G/ D6 H- ~; A- [% W' i. y. C  }
》耐熱性好、熱膨脹係數低。
' A! y3 g. L( c: U# z種類及特性
+ F8 j; C2 @. q* p0 |  模具材料的種類很多,在此先將常用的幾種材料作一簡介。
6 v7 U1 N' u4 ~) {; i& l一般構造用輥軋鋼材(SS)
6 o7 V: {8 }+ w  一般構造用輥軋鋼材SS41SS50,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。
1 b  \* g4 Y3 {- W" o) [; w2 Z" j機械構造用碳鋼(SCSCK)+ s, C' T; i: ?) ?  o! t
  機械構造用碳鋼S25CS50CS55C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。S50CS55C原則上回火到硬度922HRC,以增其加工性,為標準的模板材料。
5 t& h1 d$ \8 n9 \  S9CKS15CK的含碳量少,因而質軟,所以需作表面滲碳,淬火成HRC4559的硬度來使用。# B4 C, C8 Z# ]3 R
碳工具鋼(SK)
  v0 J0 P9 P  d9 x: _- K6 Y  碳工具鋼有SK3SK5SK7等,含碳量為06%以上的高碳鋼,其淬火硬度是SK3SK5HRC5060SK7HRC5055H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。
$ H% Z& t8 v0 ]! C, e9 h合金工具鋼(SKSSKD)# \5 H  O6 x& ?) t( }; h2 Q
  常用的合金工具鋼有SKS2SKS3SKD11SKD61等。SKS2SKS3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HRC5560SKD11SKD61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SKD11HRC5560SKD61HRC4551,但SKD61的耐熱性、韌性都優於SKD11
) U/ I8 d3 C1 w( I! D高速鋼(SNC)0 L( g* Y5 x# q% g2 }0 ^/ [5 n
  此處的高速鋼是指SKC2SNC3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2230HRC,用於成形模板。
$ R/ V: B' l0 A/ ~  y7 o6 u0 d# H# X; n鎳鉻鉬鋼(SNCM)
+ Z$ P: v9 q; a& `; w  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。( A1 _: a" I. E  [2 m1 }1 P  T' U
鉻鉬鋼(SCM). @1 N7 F. W& n9 B
  鉻鉬鋼SCM3SCM4是碳鋼加鉻,鉬的構造用鋼,其強度、韌性優於碳鋼,其價格較SNCSNCM便宜。
+ k8 i2 s/ J1 P1 D3 e鋁鉻鉬鋼(SACM)- s9 Q6 P: ]/ l0 d8 T- \
  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HRC2030
0 _) C& e& e& }: y  \( h( Q軸承用高碳鉻鋼(SUJ)4 ?# N8 R6 K, x
  軸承用高碳鉻鋼SUJ2為軸承用的鋼材,耐磨耗性、淬火性均良好,其硬度為HRC5560,用於滑動部份需有相當的硬度和耐耗性。) @0 l. N! g/ e' d- |; d/ O
(圖1)正常化圖解
, D$ z' K4 L& X(圖2)退火之圖解
1 }! d) V0 N8 Q不鏽鋼(SUS)/ q! b2 @9 k: h; x  ]5 ?
  如PVC的塑料,需用耐蝕性高的模具材料,可以增加鉻量,減少碳量的耐蝕性不鏽鋼SUS來製造。3 F9 r1 E0 X# H: }- m! x7 B; P  P
.11鈹銅合金- K5 W+ V9 k9 Q) m
  含鈹25%,含銅975%的鈹銅合金,常用來製作形狀複雜的公模或母模。其製作的方法是將熔融的合金注入模型內,然後一直加以壓力直到冷卻為止。+ q1 e  n2 F0 z  n$ x9 Y  z, c
  表一為塑膠模各構件最廣泛應用之材料,及其熱處理狀態及使用之硬度。表二為構造用的合金鋼的化學成份及機械性質。表三為表二所列的模具材料的的特性、用途及使用的場合,此三表可供學習查考,以選取最適用的模材。. V5 P1 E! F7 y
熱處理
! F0 G3 T& F- P  鋼材經適當的熱處理可顯著增加硬度、強度、韌度、耐磨耗性等機械性質。施行電鍍作表面處理,模具精度提高、表面光亮,使脫模更順利,成品表面光度增加。因此欲模具壽命延長、品質提升,除了事先預選適當的模具材料外,對於加工後,模具的熱處理方法的選定也極其重要,以下分點說明。
% l0 Y  P7 i+ _$ f2 _& x正常化
2 P2 N% Y+ m- D  此項熱處理旨在消除鑄造、鍛造、輥軋等高溫高壓處理所產生的粗晶組織,並將加工所生的內部應力消除。其方法為將工作加熱到變態點AC3ACm點以上30°50℃的溫度後,使之在空氣中自然冷卻,如圖1所示。使用大型構造用鋼,在材料經鍛造成模型後,再施以正常化處理。+ S  W' A% \) {
退火+ O3 p  G/ J" o. J  k
  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AC3AC1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。
; {- `2 A6 Z" X消除應力退火
6 i: O$ [8 Z. I/ m- P0 W  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。5 @, M: n8 e  G& z/ z  l& H/ e
球狀化退火# P# q0 w! X1 j; r
  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。7 J) U; D6 x+ a7 y9 ^3 z0 \7 w
淬火
/ K$ \3 W: n4 A( m1 z  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AC3AC1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。! _9 J' S( J8 F; v4 S
(圖3)淬火之圖解- t7 ^7 @* l# y/ \
普通淬火: r  E) g8 {  E+ V) K
  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。; {! H2 J8 I" Y! }2 u. N
  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。
3 W1 v+ S0 F2 S麻淬火(marquenching)& Q' z& q. k' l- J8 _3 c4 J+ R
  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(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。
0 ?; T  ~$ |- @0 F1 [# R7 d- I麻回火(martempering)
7 `+ H! K: J5 o; z  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(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(100200℃),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。
9 G: Q1 w$ v& T0 b$ ^回火
) K8 d* \. \4 Q4 V/ ?: ]( M  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。
9 R. m. A. T/ O0 t+ P0 y6 Y低溫回火3 s& S: c2 H& k- o. e
  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。" H2 |/ q) G; k$ ]! X
高溫回火" b" Z4 U" j2 p
  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。
/ E5 w& l, \: F(圖4)麻淬火之圖解
# E* b8 b" L) }8 B(圖5)麻回火之圖解
( g3 ~( E$ t) k8 E! k(圖6)回火與機械性能之變化
& X& S6 D  v& C' n3 r$ H  圖6為含碳量為045%的中碳鋼,在不同回火溫度下的機械性質。
! ?1 f# N8 ^! j/ G; B8 p$ t: ^  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23次的返復回火。
$ z8 n  M- O3 D( ^表面處理
) J6 h2 d8 q/ L" x' L8 d) H  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。
7 v1 @" e) X, s7 q) h8 Z滲透淬火" r5 n: E) K! j! ^
  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850900℃加熱810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。  Y6 G% x9 l6 m  n  `, s) B3 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2030%的碳酸鋇、碳酸鈉等促進劑。& y3 J+ r) t5 f, G
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。
4 {3 D" }/ ~6 Y: q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(850900℃)處理,而厚層硬化以濃度較低的氰化鈉鹽浴作高溫(900950℃)的處理。
( E4 ]- n# n/ K高週波硬化
$ V9 K6 c0 `# \7 S  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0405%的碳鋼,或合金鋼皆適用於本方法。- u7 n' n# v9 b8 n* T: D
火焰淬火' Q9 d8 x6 o  E1 ~( m
  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。4 A. `# Y1 a3 @5 z  @/ A
全面同時淬火法/ X: M1 u: X4 G6 j! h+ s
  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。
% d! @1 l; h) S% B; W移動淬火法8 ^+ E8 S  l& f  M) i! {
  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。: t3 ^4 I9 E# ~* b! B2 Z6 k
氮化
' e1 B3 N7 ~$ `+ f" ^  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05mm,標準是100小時07mm。鍍錫或鍍鎳的部份,可以防止氮化。; j0 h: a( M+ o5 |* a
  氮化用鋼,其標準成份大約是碳035045%、鋁1013%、鉻1318%、鉬05%以下,此時的氮化溫度500500℃,表面硬度為HRC6770,為一非常硬的氮化層。
8 Q, ]) i2 E. {  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)
% b' X: j8 Z1 c氣體氮化法% B3 C0 H) T. w$ ?7 z
  被處理的料件裝於氮化箱內,放入於爐中,通入氨氣,溫度為500550℃左右,氮化時間為50100小時。此種方法為低溫處理,使熱處理變形接近於無。; F# g0 t  W" ^% h% i' _
液體氮化法: W1 P$ {+ P2 Y; D
  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23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。
+ u# c; [3 L* B) [' S$ V: b, }0 T. D0 d軟氮化法; v! B. j$ w8 H! r
  此種方法使用於氰化鉀(KCN)等的鹽浴槽中,溫度在520570℃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12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HRC5359。但其耐磨耗性與耐疲勞性顯著增加。
6 g1 y" V8 _& ~9 t  E1 I( a離子氮化法(Iron-Nite)0 L) S+ z( E$ d, ~% A6 B/ X- n( Y
  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KlocknerIononGmbh。其方法是將待處理的工作裝入電氮化爐內(7),首先將爐內排氣至10-210-3T後導入N2氣體(N2+H2混合氣體),使爐內保持所需要之處理氣壓(通常10-410Torr)。以爐本體作正極,處理工作作負極,將兩極間施加500V1000V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。/ g, y4 q- J8 p7 H+ o0 v
(圖7)離子氮化裝置構成概略圖4 I% [0 g* f; @, Q7 d- O. E
(圖8)離子氮化之處理循環
  l# f/ ~+ A1 n# N- ^& s  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。/ w* y' A8 d/ j* {9 ^! `( a
  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
- n. L8 Z5 s/ c' k: J(圖9)離子氮化之反應程序
/ H% q2 y4 [# n1 s. o' X, P# `(圖10)離子氮化處理後各種材料的硬度分佈曲線- D$ C; g% {6 B/ G, Z/ U! e/ k
10()
, I/ C9 U) x- ~6 W: c+ H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,FeCO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。. y6 U0 H: }0 D  Z$ j1 @+ l
  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IN.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。
7 ?" G7 J2 @& t8 C/ i( M電鍍
* P/ h! G7 H& y( A1 i! 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。3 J! Y3 [2 \5 x5 J
鍍硬鉻7 n0 q7 Z2 D$ o, r
  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001002mm,硬度HRC6770。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。* l* M3 b. M! D6 x7 C$ k
舐鍍層表面硬,耐磨耗性佳,不易刮傷,硬度高達HRC6770( b" G7 f# A- N$ W  @
竺對鹽酸、稀硫酸以外的化學品有良好的耐蝕性。
5 [0 |# C1 x( c8 v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
* t" Y3 p2 T% T, V0 J" s升產品價值。8 H2 g5 B/ v' b$ i% E& M% J' `: i' ~
無電解鍍鎳" S0 |1 o3 ]' k/ u
  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:: F5 P3 C  s7 g2 l9 l& C$ w
罅不致發生電鍍的鍍層厚度差,為一較均勻的鍍著法。
4 a! C+ k! a6 I9 ^  W" x7 F; A9 c舐表面不生針孔,光滑而硬。鍍層硬度HRC49,經熱處理更可提高HRC6467' q, r# a  H: U% b- w
竺密著性良好,不易剝離。
% r" z2 w  U4 U9 l, a* X! I& u竽耐蝕性良好。

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