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6~1818~3030~5050~8080~120120~180180~350( c. Z, f* u) e0 F( r2 t& ^! j L$ R
粗級±0.1±0.1±0.15±0.25±0.4±0.6±0.9±1.2
! Y3 c7 V. i# s) P* Z' Y精密級±0.05±0.08±0.10±0.15±0.20±0.30±0.40±0.60" 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6~1818~3030~5050~8080~120120~180180~250250~315315~400400~500
2 R2 q0 ?- n) X' B8 z9 a粗級±0.2±0.3±0.4±0.5±0.6±0.8±1±1.3±1.6±2±2.5" q$ [! f3 Q& s B3 W7 M3 {! p
中級±0.1±0.1±0.15±0.2±0.3±0.4±0.5±0.7±0.9±1.2±1.5
- O' {" ]) I8 g# r5 Y精密級
* `. O; G2 G' ]! z/ s f±0.05±0.06±0.08
6 Y2 Z. x" ~* }3 z: o& O& ?推孔加三中心間隔10.0
, o3 D9 @. ^8 u$ d2 ^±0.10±0.15±0.20±0.30±0.40±0.50±0.60±0.808 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±0.1+0.15-0+0-0.20 X- e! l' T2 i
10~30±0.15+0.2-0+0-0.25
, |3 j8 p+ Q6 h30~50±0.2+0.3-0+0-0.3& U( t5 Y" d# D3 ^
50~80±0.3+0.4-0+0-0.4/ }& N1 X, F7 P/ i
80~120±0.4+0.5-0+0-0.5
7 g. R& q% x0 ]1 M! A120以上±0.5+0.6-0+0-0.6
; 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±0.05±0.1±0.3
& H9 J; {6 M; e1 h+ e4 }; ^" y4以上16以下±0.07±0.2±0.54 g7 l; b9 x5 d2 a4 W1 Q
16以上63以下±0.1±0.3±0.71 N* W1 H4 M+ ~2 A. |+ o
63以上250以下±0.2±0.5±1.2; K- m1 w$ p: x: u% q
250以上1000以下±0.3±0.8±2.08 N) F9 F2 C2 x- P: u9 Y* c* z
1000以上2000以下±0.4±1.0±3.0
: 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:±0.1' i& _! x6 Z% p* I7 e" @
小數點一位:0.05
3 d* M0 }1 Y3 D 小數點二位:0.024 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+0.009-0+0.016+0.008+0.010+0.0-0.002-0.012-0.0066 L( t5 \7 V0 }1 @
-0.016-0.014-0.024
P j; ~9 w) l u, k: C1 l: R2 v3~6+0.012-0+0.024+0.012+0.013+0.001-0.004-0.016-0.010
/ ~* F" J2 I6 M' I0 f& }-0.022-0.020-0.0327 H, Q( R! U3 j3 \+ J3 v
6~10+0.015-0+0.030+0.015+0.016+0.001-0.005-0.020-0.013 T5 |( q: c# s% p- D# Y. n
3-0.028-0.025-0.040
s A8 y8 h! g' e, r& l1 }. F10~18+0.018-0+0.036+0.018+0.019+0.000-0.006-0.024-0.0
% x3 i7 h: I# W3 j% S8 J% y16-0.034-0.032-0.050
+ }& w1 o; f* N1 S18~30+0.021-0+0.043+0.022+0.023+0.002-0.007-0.028-0.0/ y( x+ S( U0 r% z$ Q N3 D
20-0.041-0.040-0.061
: b+ S. ^, a5 O. w) M" q/ k30~50+0.025-0+0.051+0.025+0.027+0.002-0.009-0.034-0.0. r! [# t. R- T! j K
25-0.050-0.050-0.075
9 K3 x& V w* i. C! m% F) W50~80+0.030-0+0.062+0.032+0.032+0.002-0.010-0.040-0.09 g( A8 B" w5 U I9 s
30-0.060-0.060-0.090/ `, T4 B9 f0 A$ O6 L! a
80~120+0.035-0+0.072+0.037+0.038+0.003-0.012-0.047-0.
: z# B! d' O k8 L9 Y! U036-0.071-0.072-0.107
" y# x9 k7 t; r8 ~120~180+0.040-0+0.083+0.043+0.043+0.003-0.014-0.054-0
O! B. A0 }: o L- d7 R.043-0.083-0.085-0.125
. K8 e8 \4 I" \" V180~250+0.046-0+0.096+0.050+0.050+0.004-0.015-0.061-0
% u0 x+ t0 }: F5 P' G.050-0.096-0.100-0.143
: C; ] w; S, g/ q, Z! Y; U4 J; [1 h250~315+0.052-0+0.108+0.056+0.056+0.004-0.017-0.069-0( Y Y% d* o7 `. Z
.056-0.108-0.110-0.162; }$ h6 g4 |0 h4 a
315~400+0.057-0+0.119+0.062+0.061+0.004-0.018-0.076-0
0 ^3 F! y7 b2 M! A* B0 s! L.062-0.120-0.125-0.182, v5 W% B) P9 w o1 U" h# p) V
400~500+0.063-0+0.131+0.068+0.068+0.005-0.020-0.083-0
7 v, G$ q* G. G7 k3 Z, }; z.068-0.131-0.135-0.198
* @- @% d% I1 _500~630+0.070-0-0.022-0.092-0.145-0.215
+ X _; I5 S- j% V/ j630~800+0.080-0-0.024-0.105-0.160-0.2402 ` X7 W; h$ k: p! L
800~1000+0.090-0-0.026-0.116-0.170-0.260
4 I/ Z. m9 u6 {1000~1250+0.105-0-0.028-0.133-0.195-0.300! t) l. n- j w& M8 ?7 _( b+ J* y
1250~1600+0.125-0-0.030-0.155-0.220-0.345
]) p' |& V" Z/ y, R7 G1600~2000+0.150-0-0.032-0.182-0.240-0.390 Y& }0 r' q9 K- b! U X- u
2000~2500+0.175-0-0.034-0.209-0.260-0.435( h$ ~( {% {* P5 R
2500~3150+0.210-0-0.038-0.248-0.290-0.500
- 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。
! w% L6 Y0 }8 O! x機械構造用碳鋼(SC、SCK)
" q5 k/ V9 G5 I k. K3 `) d" s( Q 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。& l$ K% i# \ S' m: g5 c8 a 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。; ?+ ~% r+ | J- V
碳工具鋼(SK)' n% m8 A$ P0 Q$ E2 o$ F0 E% }
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。! ^8 h f" _" o- i5 `8 N
合金工具鋼(SKS、SKD)
4 N- F2 x: e: N) J) s 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。
+ 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 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。# 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HRC20~30。
) 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HRC55~60,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 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。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。: 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。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。
" {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。& 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0.45%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2~3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。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20~30%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(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。
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0.4~0.5%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0.5mm,標準是100小時0.7mm。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。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 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。
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。) 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。- 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% o圖10(續)
$ 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,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。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。
) 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。. 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HRC67~70。1 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HRC64~67。2 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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