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
1 G, z8 X* L ?7 _4 W+ C( h射出(Injection)成形品
* k$ ^; n( @3 Y+ H; [2 _單位:mm- N4 Q9 f& l2 V! h5 N& z! i
尺寸範圍級別6以下6~1818~3030~5050~8080~120120~180180~350
3 i" V! e& _ h/ {粗級±0.1±0.1±0.15±0.25±0.4±0.6±0.9±1.2
$ \- T5 e) ^: E' i精密級±0.05±0.08±0.10±0.15±0.20±0.30±0.40±0.60
. s0 s/ [' j3 M. \壓縮(Compression)成形品(包含Transler成形品)
/ F$ e! |! m( p2 u8 g N 尺寸範圍級別6以下6~1818~3030~5050~8080~120120~180180~250250~315315~400400~500. K4 G) y7 _9 f) k; N$ c# `
粗級±0.2±0.3±0.4±0.5±0.6±0.8±1±1.3±1.6±2±2.5
2 o- _7 ?, u3 `8 C: i& Z' n) F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) A3 U: l) Q
精密級
6 J. x Z5 h5 z- M±0.05±0.06±0.08. `& s5 _# R$ M" V# J9 t
推孔加三中心間隔10.0, i3 o/ G' G- X6 @2 {- L
±0.10±0.15±0.20±0.30±0.40±0.50±0.60±0.805 _; E( k, ~, r0 [& Q5 f
射出成形品的一般公差
/ E; n7 P& y h, h; z+ Q$ x尺寸範圍一 般以孔為準之孔以軸為準之軸
' }' K; o* T' C. n10以下±0.1+0.15-0+0-0.2( ~, ~' T5 D6 ?- d. j
10~30±0.15+0.2-0+0-0.255 ~9 \8 Q3 q+ s6 e* g H. a
30~50±0.2+0.3-0+0-0.3! G" c7 r+ d- H# f& p
50~80±0.3+0.4-0+0-0.45 ? c8 P+ p$ P, p3 f" ^( o& B
80~120±0.4+0.5-0+0-0.5
' x1 ^; I: K$ @5 ~/ H120以上±0.5+0.6-0+0-0.60 N( \9 D3 ` @' F( s# x3 w% A
鋼鐵尺寸公差規定
' v% ~' |8 w! U, ~ v2 NM切削加工之普通尺寸公差% x3 D; y3 z! a, F% K4 w' u- i
單位:mm
0 C, r& T5 S1 S; ?- U y0 @0 W公稱尺寸: _* b, Z. U, [0 g. \! \
尺寸公差
6 R, F: G* J( O K精級中級精級
$ @! i" j q) Q) O4 l1以上4以下±0.05±0.1±0.3# M, Z, U7 s1 P/ m
4以上16以下±0.07±0.2±0.54 c* g5 ? }7 G0 X* J e2 t
16以上63以下±0.1±0.3±0.78 `8 T# ^0 G# t6 S' J" S
63以上250以下±0.2±0.5±1.2( K, N$ h5 m; W0 V% @. Q5 @
250以上1000以下±0.3±0.8±2.0* q3 B; O, G& H8 U8 ~
1000以上2000以下±0.4±1.0±3.0
- ^: Q9 Y K2 B( c* F本中心圖面尺寸公差規定如下:
& j1 A$ v7 |/ x1 e- S: R" Aa.有註明公差者,請按公差製造。) T9 \; R, z' l+ X7 X
b.未註明公差者,分述如下:# R9 p4 ?; b& t1 w, h4 r5 s8 E
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。
& P, \$ y [ ^" U〔例〕
5 t7 V( P' a* X5 A; B4 V; @% U 無小數點:±0.1
5 D: Z( Z% Y! l! W3 \' P 小數點一位:0.05
0 E1 h' {9 n. `) i, }, o/ p 小數點二位:0.02
) H- ]8 R6 Y+ d+ f$ @) V' v6 t# p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。# Z/ n4 R! G- m* O; }, J: ~
各部零件公差之配合
* f* t% X) h5 X; e單位:mm
7 [& a/ k0 J$ X1 W$ y7 E) o4 `/ c+ A4 Y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
5 P% E" m" _% A# I% A( e1 j2 X 簪記號尺寸H7P7K7g7f7e7, J: R( Q/ s& s) }; U" H# j
3以下+0.009-0+0.016+0.008+0.010+0.0-0.002-0.012-0.006) i+ R( c) ] p# f0 _- G3 p
-0.016-0.014-0.0242 J& n0 t$ s, O2 f
3~6+0.012-0+0.024+0.012+0.013+0.001-0.004-0.016-0.010
0 j J3 P# K" E, l) r/ p2 C-0.022-0.020-0.032
( ^( p) A0 U0 y& v' r6~10+0.015-0+0.030+0.015+0.016+0.001-0.005-0.020-0.01
: ]4 ~, ^0 i& u/ M2 X3-0.028-0.025-0.0402 t8 r. @) Q1 m7 v5 N& W
10~18+0.018-0+0.036+0.018+0.019+0.000-0.006-0.024-0.0
& Z. U* N* p2 X, d3 C% B* \16-0.034-0.032-0.050
; f* v! Q$ {' T' u18~30+0.021-0+0.043+0.022+0.023+0.002-0.007-0.028-0.0 Q' o* t' ~" Z3 ^2 ~0 g/ G9 ]# d
20-0.041-0.040-0.061
- H1 G3 W+ m* \- h30~50+0.025-0+0.051+0.025+0.027+0.002-0.009-0.034-0.00 a( ]( f' G6 A# o& y- M. L* |
25-0.050-0.050-0.0751 ?% \7 |& Z1 Z
50~80+0.030-0+0.062+0.032+0.032+0.002-0.010-0.040-0.0" W% A p- E7 w% u
30-0.060-0.060-0.0905 q2 v- Z( g* k, m* I% Z
80~120+0.035-0+0.072+0.037+0.038+0.003-0.012-0.047-0.
6 G9 y" H: Q! r1 y8 W036-0.071-0.072-0.107
6 P: m. O) z, J/ j8 \$ Z120~180+0.040-0+0.083+0.043+0.043+0.003-0.014-0.054-0
- m) T4 h0 o) e1 ].043-0.083-0.085-0.1256 j' k2 N8 j; a! x* W- Y* v
180~250+0.046-0+0.096+0.050+0.050+0.004-0.015-0.061-0
1 P) _4 H' z2 r2 T3 e.050-0.096-0.100-0.143 B( x$ I4 z" D# f2 B; w+ ?$ P- l& F
250~315+0.052-0+0.108+0.056+0.056+0.004-0.017-0.069-0' f! x- Q s! _" Y
.056-0.108-0.110-0.162
- ~0 P$ e, o6 J$ q# {7 e315~400+0.057-0+0.119+0.062+0.061+0.004-0.018-0.076-0
% P6 O4 f' }7 C) V.062-0.120-0.125-0.182# W9 U! K Z3 P# _9 e6 {$ O% K
400~500+0.063-0+0.131+0.068+0.068+0.005-0.020-0.083-0" O' `) a5 P f v! D8 o3 t
.068-0.131-0.135-0.198
3 v; K0 n* E% h& D1 @500~630+0.070-0-0.022-0.092-0.145-0.2151 a% x% N* B4 S2 |; d9 |, R* m
630~800+0.080-0-0.024-0.105-0.160-0.240
. a7 \2 ]) g! D! f% `, x1 ]1 w3 S800~1000+0.090-0-0.026-0.116-0.170-0.2605 |: o, M- D. _6 L2 O1 O
1000~1250+0.105-0-0.028-0.133-0.195-0.300/ s# C+ _' `* O) G" R& M( r
1250~1600+0.125-0-0.030-0.155-0.220-0.345
) H9 [) C- w9 i. x2 a$ q& m2 W1600~2000+0.150-0-0.032-0.182-0.240-0.390$ D' V& V: o& r0 G/ `) p l
2000~2500+0.175-0-0.034-0.209-0.260-0.435/ k3 b, }3 G# @) o* a
2500~3150+0.210-0-0.038-0.248-0.290-0.5004 W l. I2 X! g5 n# R
資料來源:日本岐阜精機
) _; N( s7 U5 e) g+ }$ u( W塑膠模用模具材料
H" T+ q/ a$ r6 q) }3 e 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:
# U! `7 t3 M9 N# {, M& U容易取得。
! [7 p8 X6 z* T5 w2 P機械加工性良好。
4 a+ F/ p! O2 B表面加工性良好。
' T! S, R7 D' b9 b! {# H強度、韌性和耐磨性大。
' G( \; S+ ^0 B, Q" }0 v5 `無針孔和沉澱雜質等內部缺陷。
8 R' A+ m2 p* f% a& i0 ~" u)可焊接性。8 {7 z! a- C1 z4 ^& y! h
〉熱處理容易、熱變形少。4 ~9 B% e: k- b5 S9 \0 k# @
》耐熱性好、熱膨脹係數低。
6 v1 c; c* M2 j種類及特性( g: [% r" d& _( Y3 ^. A& x d4 P9 N
模具材料的種類很多,在此先將常用的幾種材料作一簡介。
, d# |1 U5 b( |一般構造用輥軋鋼材(SS)6 I! T# V6 b/ }- V
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。
& F% p. r. Y" a* |" }機械構造用碳鋼(SC、SCK)+ t& b! x& W( E
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。: ~& K4 M6 [# B( L. i! C0 E
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。+ J; U$ F* ?3 e2 D. g
碳工具鋼(SK)% A' ?3 V$ Z4 o$ s5 ~
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。+ g% v, b, N w% }- a8 q
合金工具鋼(SKS、SKD)
8 V: ~4 ]9 N7 O( z4 L2 U3 m; V 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。$ K1 t2 `5 Z) [7 o' \0 C7 m0 Y
高速鋼(SNC)
, V/ X; I! K' W9 h6 o2 S+ y; P 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。4 C0 x& R' ~8 q2 w( C# s
鎳鉻鉬鋼(SNCM)
# \$ J& X- r# G! \7 E- Q6 s5 p* @ 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。* [& C) P4 ~2 Y$ S2 W
鉻鉬鋼(SCM)
8 _# X: c5 b' k5 e* }' i4 p8 p 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。
9 B. N" K- v- T. E. N鋁鉻鉬鋼(SACM)
" C5 p; E) J3 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HRC20~30。# M8 O* L6 x3 s: W8 N
軸承用高碳鉻鋼(SUJ)
3 c2 }) _* P- j- Z4 _ 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。$ X, \# V: k1 x. r2 N
(圖1)正常化圖解! C: D: X* C0 f9 U/ Y8 ~0 k/ L
(圖2)退火之圖解* p/ C/ N, O7 H+ a6 g
不鏽鋼(SUS)
; |4 o4 I$ Y8 D7 q; \+ I 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。) s6 Y8 i" b8 `/ `3 @ S
.11鈹銅合金* @: B U" F$ U, 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。/ a1 ^. g1 a9 W% u6 \ ]
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。8 w$ M% V# e/ B' _8 b7 G- Z, E3 y
熱處理
" J/ T n$ w5 H2 }+ h6 S3 ~ 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。; r( s8 F5 x# s9 s/ F L- J4 h* L2 X
正常化4 q7 P4 [* T( \" G2 C4 Z4 L
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。
! \5 ^, j1 [. @* l0 M$ ^5 R退火
# E7 h% }/ e* t) r ~+ v* n 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。
) W% A/ ]( H7 a, C1 z9 c消除應力退火
4 X) [2 E6 j S, B, d8 S 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。
/ a; k o8 C' U; ~; V球狀化退火
) u& _5 _8 X/ s0 F/ y: N, ` 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。
# U; f- `( f ^: l. ]4 F- I淬火4 h) S, N" v6 Z! y& 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。+ h" B G0 o2 s: D" S8 H; b0 g6 K
(圖3)淬火之圖解: s( n! U; N* E( |- Y
普通淬火4 @) y5 b$ M8 L: m9 k# Q& w
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。4 p$ X! r6 @: X. S; V0 v' {2 A
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。
0 o) w9 E$ o8 {麻淬火(marquenching)+ [: ~1 u/ c" u 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。3 i2 Q m3 {# j1 I/ L$ \
麻回火(martempering)
* S: W9 i7 e& @0 `9 s$ J& o# T" b2 b 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。
5 R- W$ |$ b: V- e; G7 |回火
+ j: L, [+ x: }, \& F7 H9 t 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。8 h6 z- R% x2 i$ E5 D2 t
低溫回火
0 p1 ^ K' p3 q/ u: {& n1 P" E' T 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。
& b0 R( V( v& U+ ?0 n高溫回火
+ W6 G; {- T7 V T! a+ Y: x 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。
T( |. d& H" X1 j6 ]9 P& ?5 H(圖4)麻淬火之圖解
' T7 j% Z5 [. v# w) L(圖5)麻回火之圖解
0 o! F" u2 G( A( F" t [(圖6)回火與機械性能之變化
1 t2 B: v% c/ \3 v 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。1 f% q& c: h; s" e/ N8 j
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。
2 k: f& U: |" m0 Y- \ x6 b表面處理
x- \0 n) w5 f8 Q% `) F, w 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。) K; U. p' J8 a
滲透淬火
5 P p$ q5 j4 z K 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。 `- W9 V$ R- `' L) F2 V9 i2 f
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。
3 O$ _2 A+ y) n3 ^+ }8 L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。: R/ y/ Q: E8 u8 N. k% f# V+ P
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。
" u1 }# I3 M% z3 h0 I. G _( E高週波硬化
, v( e0 t, g- f2 L5 R ^& a 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。
! c S; l; H8 f* `2 \& H火焰淬火
' \" a4 X9 k! f; G% O4 P/ Y' 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 g7 o4 j( s) C7 |0 e全面同時淬火法
" |/ e; d: S* o0 C0 _+ c8 u! Z4 c. O 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。4 l8 A+ f0 N, S7 P% j$ q4 h
移動淬火法' A: e7 j$ |# B* T" r
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。7 H/ _8 H: {- X5 q
氮化
& k% n) E& k% O, Z5 n d 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。. d0 e; }" v( d
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 n! h/ R1 i# I, R# x
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)。/ H& w9 V% M1 `* j" I" P( A
氣體氮化法9 \0 g3 @% q( Y* t
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。
3 G& S5 `- _) @, b液體氮化法2 P% G0 A ~$ ~" ^
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。
- z) @9 K# V4 @+ l軟氮化法4 h& {4 w5 M* |1 y
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。* y* t" E4 s h; ^' O, K1 P
離子氮化法(Iron-Nite). X( s g. `9 m
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。
9 v. p- S- l9 P% g! J4 o' t: z. Z' p( n(圖7)離子氮化裝置構成概略圖
/ ` e: W* o% n1 \8 b(圖8)離子氮化之處理循環% t- h% `7 Y8 b+ X8 g6 K! L
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。$ s( f# `( @# n- S5 |2 J1 p$ C
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7 J0 \; b0 g- t% F) l8 G/ g
(圖9)離子氮化之反應程序
. T$ j* w. c. P# u' P$ {, |$ \(圖10)離子氮化處理後各種材料的硬度分佈曲線
0 I: |1 w! }4 d圖10(續)
( v8 u% I P( D% s) p5 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,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。1 N: y: U; P/ V% Z. R4 J
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。* v9 I* x6 f/ `' P; C- a
電鍍
2 b" h' U/ _6 s( j1 J6 n 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。4 k) i7 {/ t3 h9 M' X4 r
鍍硬鉻/ f" m$ V5 e0 g5 X9 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。
5 t8 I* W: f8 ~( b舐鍍層表面硬,耐磨耗性佳,不易刮傷,硬度高達HRC67~70。
. _) a, e) m* b# P竺對鹽酸、稀硫酸以外的化學品有良好的耐蝕性。
" h& E0 g( X& D l7 M! P. `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
' l" c8 L& H: M c. t% a3 T. ?升產品價值。5 \' Y. d9 u- u5 g2 g
無電解鍍鎳
; f2 ~# e/ ^$ J* h 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:
4 n) l9 O6 @- Q& T& l& D5 G罅不致發生電鍍的鍍層厚度差,為一較均勻的鍍著法。
/ ?5 M7 e9 S& |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。
5 y; o2 j# E& M+ u! O5 F6 e7 Z' d竺密著性良好,不易剝離。
) L: u2 B9 Y9 ?* w U3 B; K( {/ Z5 _竽耐蝕性良好。
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