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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
# m( ]$ D  D' k. f; Z! d射出(Injection)成形品
: C9 R. Z6 G, J; h' t7 T; F3 e單位:mm, T% d% _$ m6 e* k! s2 ?  \& s- u
尺寸範圍級別6以下61818303050508080120120180180350( c. Z, f* u) e0 F( r2 t& ^! j  L$ R
粗級±01±01±015±025±04±06±09±12
! Y3 c7 V. i# s) P* Z' Y精密級±005±008±010±015±020±030±040±060" k* R, j2 b/ x0 b" u. n
壓縮(Compression)成形品(包含Transler成形品)
+ D% v8 T$ x3 a6 q* L 尺寸範圍級別6以下61818303050508080120120180180250250315315400400500
2 R2 q0 ?- n) X' B8 z9 a粗級±02±03±04±05±06±08±1±13±16±2±25" q$ [! f3 Q& s  B3 W7 M3 {! p
中級±01±01±015±02±03±04±05±07±09±12±15
- O' {" ]) I8 g# r5 Y精密級
* `. O; G2 G' ]! z/ s  f±005±006±008
6 Y2 Z. x" ~* }3 z: o& O& ?推孔加三中心間隔100
, o3 D9 @. ^8 u$ d2 ^±010±015±020±030±040±050±060±0808 B) t# v5 B0 _$ f$ G
射出成形品的一般公差
0 o7 e9 v% K. g- T) E& D尺寸範圍一 般以孔為準之孔以軸為準之軸& M: j3 H, B( g' k, J
10以下±01+015-0+0-020 X- e! l' T2 i
1030±015+02-0+0-025
, |3 j8 p+ Q6 h3050±02+03-0+0-03& U( t5 Y" d# D3 ^
5080±03+04-0+0-04/ }& N1 X, F7 P/ i
80120±04+05-0+0-05
7 g. R& q% x0 ]1 M! A120以上±05+06-0+0-06
; j/ s7 o4 q8 Z5 G/ q+ M( g鋼鐵尺寸公差規定
  R  f) x; O5 UM切削加工之普通尺寸公差5 z; i# ]+ W, E0 ^
單位:mm
; S; B4 y. p) s1 ^' t) `8 D公稱尺寸9 s& C- C5 g, Y- z! ?9 V4 ]) [
尺寸公差
. B2 y" B' Q* n3 g/ t6 M/ n0 U精級中級精級% X+ v5 R0 I4 B9 x
1以上4以下±005±01±03
& H9 J; {6 M; e1 h+ e4 }; ^" y4以上16以下±007±02±054 g7 l; b9 x5 d2 a4 W1 Q
16以上63以下±01±03±071 N* W1 H4 M+ ~2 A. |+ o
63以上250以下±02±05±12; K- m1 w$ p: x: u% q
250以上1000以下±03±08±208 N) F9 F2 C2 x- P: u9 Y* c* z
1000以上2000以下±04±10±30
: o8 d' d: r' P" \3 n# N本中心圖面尺寸公差規定如下:5 N$ {$ J2 l7 L& g
a.有註明公差者,請按公差製造。; u! \" j! x3 t: v
b.未註明公差者,分述如下:( ~% @: j/ d, M( B
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。+ s) }" F- |; J  n7 f
〔例〕
& b0 H) e& l( S+ P2 p) t  無小數點:±01' i& _! x6 Z% p* I7 e" @
  小數點一位:005
3 d* M0 }1 Y3 D  小數點二位:0024 C- o" `; M  [6 E$ O( s5 Q  e
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。/ T) t3 L# O' N. ]* _) e
各部零件公差之配合- {( i0 u6 n: G- p- i! O- m
單位:mm
' V0 ?0 u+ G7 p; C- o! r! D" g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* i. V0 N7 d% [! z" g3 P- u
  簪記號尺寸H7P7K7g7f7e79 I, l2 t5 S; ~* u6 X
3以下+0009-0+0016+0008+0010+00-0002-0012-00066 L( t5 \7 V0 }1 @
-0016-0014-0024
  P  j; ~9 w) l  u, k: C1 l: R2 v36+0012-0+0024+0012+0013+0001-0004-0016-0010
/ ~* F" J2 I6 M' I0 f& }-0022-0020-00327 H, Q( R! U3 j3 \+ J3 v
610+0015-0+0030+0015+0016+0001-0005-0020-0013 T5 |( q: c# s% p- D# Y. n
3-0028-0025-0040
  s  A8 y8 h! g' e, r& l1 }. F1018+0018-0+0036+0018+0019+0000-0006-0024-00
% x3 i7 h: I# W3 j% S8 J% y16-0034-0032-0050
+ }& w1 o; f* N1 S1830+0021-0+0043+0022+0023+0002-0007-0028-00/ y( x+ S( U0 r% z$ Q  N3 D
20-0041-0040-0061
: b+ S. ^, a5 O. w) M" q/ k3050+0025-0+0051+0025+0027+0002-0009-0034-00. r! [# t. R- T! j  K
25-0050-0050-0075
9 K3 x& V  w* i. C! m% F) W5080+0030-0+0062+0032+0032+0002-0010-0040-009 g( A8 B" w5 U  I9 s
30-0060-0060-0090/ `, T4 B9 f0 A$ O6 L! a
80120+0035-0+0072+0037+0038+0003-0012-0047-0
: z# B! d' O  k8 L9 Y! U036-0071-0072-0107
" y# x9 k7 t; r8 ~120180+0040-0+0083+0043+0043+0003-0014-0054-0
  O! B. A0 }: o  L- d7 R043-0083-0085-0125
. K8 e8 \4 I" \" V180250+0046-0+0096+0050+0050+0004-0015-0061-0
% u0 x+ t0 }: F5 P' G050-0096-0100-0143
: C; ]  w; S, g/ q, Z! Y; U4 J; [1 h250315+0052-0+0108+0056+0056+0004-0017-0069-0( Y  Y% d* o7 `. Z
056-0108-0110-0162; }$ h6 g4 |0 h4 a
315400+0057-0+0119+0062+0061+0004-0018-0076-0
0 ^3 F! y7 b2 M! A* B0 s! L062-0120-0125-0182, v5 W% B) P9 w  o1 U" h# p) V
400500+0063-0+0131+0068+0068+0005-0020-0083-0
7 v, G$ q* G. G7 k3 Z, }; z068-0131-0135-0198
* @- @% d% I1 _500630+0070-0-0022-0092-0145-0215
+ X  _; I5 S- j% V/ j630800+0080-0-0024-0105-0160-02402 `  X7 W; h$ k: p! L
8001000+0090-0-0026-0116-0170-0260
4 I/ Z. m9 u6 {10001250+0105-0-0028-0133-0195-0300! t) l. n- j  w& M8 ?7 _( b+ J* y
12501600+0125-0-0030-0155-0220-0345
  ]) p' |& V" Z/ y, R7 G16002000+0150-0-0032-0182-0240-0390  Y& }0 r' q9 K- b! U  X- u
20002500+0175-0-0034-0209-0260-0435( h$ ~( {% {* P5 R
25003150+0210-0-0038-0248-0290-0500
- i, Z  U% ?2 c8 h  T+ b資料來源:日本岐阜精機: x& L4 N- b/ {0 I4 {
塑膠模用模具材料+ b* D  W% H* [  D1 j( [
  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:
8 t5 ]( Z) `4 y: V' V% V容易取得。
/ Y. B, t* r0 Q! I機械加工性良好。
0 ^8 u! H: a1 Z: E$ Z* K% }1 S表面加工性良好。& Y. a" q( }! N: Q: u1 s+ G1 q
強度、韌性和耐磨性大。7 b9 O0 b" B+ F7 {
無針孔和沉澱雜質等內部缺陷。! b+ m; |$ }1 h  Y
)可焊接性。
- ~  m% S- @0 z〉熱處理容易、熱變形少。" R& B; n7 T; s( ^
》耐熱性好、熱膨脹係數低。* S5 p+ y* J; {/ M/ t  E
種類及特性
9 Z4 b6 a1 c# N2 W5 Q  模具材料的種類很多,在此先將常用的幾種材料作一簡介。
/ O1 z! [0 B5 s8 W一般構造用輥軋鋼材(SS)
0 r( c  j+ }) z/ 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。
! w% L6 Y0 }8 O! x機械構造用碳鋼(SCSCK)
" q5 k/ V9 G5 I  k. K3 `) d" s( Q  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。& l$ K% i# \  S' m: g5 c8 a  O
  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。; ?+ ~% r+ |  J- V
碳工具鋼(SK)' n% m8 A$ P0 Q$ E2 o$ F0 E% }
  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。! ^8 h  f" _" o- i5 `8 N
合金工具鋼(SKSSKD)
4 N- F2 x: e: N) J) s  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
+ c  b. c- K! S9 ~2 \, f) x7 q) k高速鋼(SNC)
- j6 `+ }! J1 E* J# A  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。
4 r: Z5 c8 e* B) ?+ P6 s鎳鉻鉬鋼(SNCM)
) ^. n  A* i2 G' a/ s* 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。$ V% T3 c) V! T" R+ V) v# H9 g
鉻鉬鋼(SCM)
8 ~( x5 @* a% d) }  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。# k2 R2 G4 F, i. H9 T/ }& q
鋁鉻鉬鋼(SACM)
8 ^) g- K/ f% S+ R  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
) i2 \4 Y9 u! F1 R1 Q軸承用高碳鉻鋼(SUJ)
' R, W" F! Y/ |* p; t( Y  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。
$ y, z0 O' C7 G, H# {(圖1)正常化圖解4 u% o0 e4 ]- c0 x/ c
(圖2)退火之圖解
0 t& A" `* C# w2 Q' V9 x9 Q( k$ e不鏽鋼(SUS)
- Y0 B, n4 r. i/ ^7 m3 W7 }; h" G- ~  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。
4 `7 h5 q9 e, s.11鈹銅合金
9 i: q4 G4 p" x, m- b8 k4 q$ ]( ]( r  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。
2 S3 q5 W0 ^" J$ V, Q+ E' o  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。* w# L  g4 _+ P1 i
熱處理* C; r! r) S3 p. v. s4 [: m6 ?
  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。4 m, M, S* |+ E. A8 P4 x2 Y
正常化
2 @8 T5 t; T6 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。2 ?6 L" e* x1 `! f
退火
: M$ z* ]  U0 s* r! e5 P  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。: M1 a5 a/ `' I! l  j) m
消除應力退火# I) |! B: i, g: T' \% P
  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。
4 C3 L. H( ~, s球狀化退火+ }; P* B; c  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。
' P' M  w! }# \- w淬火1 I9 S+ ?% V+ M0 d! E
  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。2 _# ~+ f" s) u2 m
(圖3)淬火之圖解9 I5 g+ x; ~4 h, A( W9 E& G1 K
普通淬火) |6 A  W4 }* 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。! u# w5 X' f: I
  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。; C% R  [5 }* t" j6 V+ t
麻淬火(marquenching)
" ?& [/ k1 G- {) P  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。
" {1 v3 {, L/ G$ l0 w麻回火(martempering)
; J) _2 W. n6 l7 s9 z7 F" e  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。& G" e2 e8 Y7 d+ v( I, m
回火
8 }! [( z2 J$ L. `  Q  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。0 t& V! L% x. b- @% ^% ^& I7 F$ R, [
低溫回火
; U0 X* H) t( F# v0 F& j  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。
* H$ s" {" ^; A& s7 S7 b高溫回火. f3 s4 l- A/ q; M5 @
  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。
3 S9 [5 `" O: q# r7 Q3 R- b) @(圖4)麻淬火之圖解) V$ O1 P5 P7 `6 d% k3 x
(圖5)麻回火之圖解
, r7 u+ M! W1 J/ a3 l6 y, u(圖6)回火與機械性能之變化8 g; I3 G& ^4 I
  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。6 S5 V2 v* C; J& t0 p% o
  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。
$ R! @& t5 I% G表面處理
3 R3 f" {! w& b  X6 V7 O! ?  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。! g( s' E9 U; }- q+ u( x+ ~) ]
滲透淬火  o" v' g  f! s( k6 c% X0 V
  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。3 s; ?( Y1 c; x* M$ R
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。
4 @: `2 {9 V* l% P* s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。; @1 f+ ~! ?2 w5 `
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。
2 f* n5 \8 {' ^0 C. q: V高週波硬化3 M& q% ]' q5 }+ ~) [
  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。; q$ S; E  u. j8 H8 T7 O, j: m
火焰淬火
7 x9 @/ G( {2 e- Q0 M5 q- w  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。- L( ^9 s4 a- b: k
全面同時淬火法* j' N1 R5 a3 J' @9 E
  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。& H" Z1 O( P$ z; F
移動淬火法/ n' d! Y7 n: C, ^
  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。
1 V+ k9 }1 G6 p+ k' {/ r9 b氮化
& v) ?1 K- E) h: ^' `  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。8 z5 {5 O  i5 F$ j
  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。5 z3 U- [6 D4 @
  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)9 L* m8 b- X, m9 s( Z
氣體氮化法. ]. i# v% r7 K5 \. p/ i
  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。3 J6 o7 R9 X8 l5 \' g2 A
液體氮化法7 w5 S) c, `3 G/ L  q6 y+ b! }* g
  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。
5 Z/ y. U: P4 ]% j軟氮化法7 e$ l7 z6 v# e& {0 v) B3 K" j
  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。) Q; b" c3 ~; [9 q1 n$ L
離子氮化法(Iron-Nite)
! s3 w! i% p/ l; f' P# k5 [0 g  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。- p5 J) Y  ~; |/ d4 N& @5 a
(圖7)離子氮化裝置構成概略圖
* o( b+ J, i1 t* ]  E(圖8)離子氮化之處理循環
; u/ A  y& r8 z" ~3 P) a9 W5 W# u  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。, ]3 `  K6 R2 r8 p" @0 [' \
  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9 {& W. Y6 T# o* G8 F; A
(圖9)離子氮化之反應程序
6 F& I/ S6 Y1 A* ](圖10)離子氮化處理後各種材料的硬度分佈曲線
. B$ m. R' B4 k' Z. n7 Y" C$ B" z% o10()
$ R) m( N1 F. A7 `5 f$ f; a- `  |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。5 d) G* U' M4 [3 @
  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。
) d! n; n) G! f" d電鍍
; I, C9 U1 R# x1 W, ~6 X  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。
% B" U( T" e6 H" g5 m8 }鍍硬鉻
, Z- C) _2 |- t5 o- [  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。. h; {- B, u; u/ y; Z
舐鍍層表面硬,耐磨耗性佳,不易刮傷,硬度高達HRC67701 h% _; ?! s! U8 q# t
竺對鹽酸、稀硫酸以外的化學品有良好的耐蝕性。, f5 y  Z! n) a9 J. A7 }2 a: D
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( g& [3 W1 Z1 k. L8 q% k: ~. R- Q- J
升產品價值。
6 R: T! d! }" L: S' H2 S' _9 s無電解鍍鎳
+ R9 S$ Q7 L9 w2 K% K  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:
  ~) C. d5 E9 i% P罅不致發生電鍍的鍍層厚度差,為一較均勻的鍍著法。; t* C/ Q4 s- Y5 a2 G; p# H
舐表面不生針孔,光滑而硬。鍍層硬度HRC49,經熱處理更可提高HRC64672 R0 R# m- ]; \7 }" V$ C+ p
竺密著性良好,不易剝離。
) [8 h5 k1 R; Q: Q竽耐蝕性良好。

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