CN113403569A - 一种铝型材模具氮化工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铝型材模具氮化工艺，属于铝加工模具养护领域。其步骤包括清洁模具，对模具进行抛光、除锈后，通过三个氮化阶段，分别控制不同的温度、氨气流量、压力、静置时间等对模具进行氮化处理，其中，氮化过程第一阶段起到缓慢软化氮化层附着的作用，氮化过程第二阶段起到巩固模具工作带耐磨性的作用，氮化过程第三阶段起到吸收氮、碳原子，扩散深入模具表层获得氮碳共渗层的作用。本发明可以提高固化氮化层附着强度，巩固模具整体附含氮化层的耐磨和韧性强度，使模具通过氮化后不产生变形因素，提升模具连续使用效率，节约维护成本。

Description

一种铝型材模具氮化工艺

技术领域

本发明属于铝加工模具养护领域，涉及一种铝型材模具氮化工艺。

背景技术

渗氮工艺可分为有：气体渗氮、离子渗氮、液体渗氮等方法，每一种渗氮方式方法中，都有若干渗氮技术存在，可以适应不同钢牌号及种类的不同工件要求。由于渗氮技术温度低，渗氮后不需要激烈冷却，模具的变形极小受到影响，因此模具的表面强化是采用渗氮技术较早，也是应用最为广泛的。

模具在工作中除了要求基体自身具有足够高的强度和韧性的合理配合，其表面性能对模具的工作性能和使用寿命至关重要。这些表面性能指的是：耐磨性能、防腐蚀性能、摩擦系数、疲劳性能等。这些性能的改善，必要依靠于基体本身是非常有限制条件的。这也是表面处理技术得到迅速发展的原因。

通常氮化工艺的使用还具有提高模具钢的整体强韧性，强度升高的特质。因经过模具口出料时摩擦次数过多，导致模具工作带表面出现磨损严重。因此，铝型材模具氮化的主要目的是为了提高模具连续使用频率，为生产加工制造降低成本。

现有氮化模具钢工艺过程中，存在使用不同物质的氮化过程，模具钢氮化后的氮化层不能有效渗透附着，模具钢工作带不耐用、不耐磨损等因素存在。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种铝型材模具氮化工艺，以提高铝模具固化氮化层的附着强度。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种铝型材模具氮化工艺，包括以下步骤：

S1清洁模具外观及内部结构；

S2研磨抛光模具；

S3除去模具表面及内部尘灰，并均匀涂抹防锈油；

S4氮化过程第一阶段，使用氮化炉氮化模具，控制氮化炉温度为T1，氨气流量表流量L1，压力保持为P1，持续保温时长t1；氮化过程第一阶段结束后，静置时间t2；

S5氮化过程第二阶段，控制氮化炉温度为T2，氨气流量表流量L2，压力保持为P2，持续保温时长t3；氮化过程第二阶段结束后，静置时间t4；

S6氮化过程第三阶段，控制氮化炉温度为T3，氨气流量表流量L3，压力保持为P3，持续保温时长t5；氮化过程第一阶段结束后，打开炉盖自然冷却时间t6；

其中，T2＞T1≥T3；L1≥L3＞L2；P3＞P1≥P2；t1＞t3＞t5；t6＞t4＞t2；

{T1，T2，T3}∈[450℃，550℃]；{L1，L2，L3}∈[0.4L/H，0.8L/H]；{P1，P2，P3}∈[30Kpa，50Kpa]；{t1，t3，t5}∈[2h，5h]；{t2，t4，t6}∈[10min，50min]。

可选的，模具包括上模和下模，在步骤S3后，使用可拆卸零部件固定上模和下模。

可选的，步骤S4中，氮化过程第一阶段结束后，关闭氨气阀门，静置时间t2。

可选的，步骤S5中，氮化过程第二阶段结束后，关闭氨气阀门，静置时间t4。

可选的，步骤S6中，氮化过程第三阶段结束后，关闭氨气阀门，打开炉盖自然冷却时间t6。

可选的，步骤S4中，T1＝460℃±5℃，0.6L/H≤L1≤0.8L/H，30Kpa≤P1≤40Kpa，t1＝7h，t2≤10min。

可选的，步骤S5中，T2＝540℃±5℃，0.4L/H≤L2≤0.6L/H，30Kpa≤P2≤40Kpa，t3＝5h，t4≤15min。

可选的，步骤S6中，T3＝440℃±5℃，0.6L/H≤L3≤0.8L/H，40Kpa≤P3≤50Kpa，t5＝2h，t6≥30min。

可选的，还包括步骤S7，采用维氏硬度计测量氮化后模具，硬度≥1000HV为合格。

本发明的有益效果在于：

本发明可有效提高固化氮化层的附着强度，巩固模具整体附含氮化层的耐磨和韧性强度，使模具通过氮化后不产生变形因素，提升模具连续使用效率，节约维护成本。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为试样1#的氮化层总厚度示意图；

图2为试样2#的氮化层总厚度示意图；

图3为试样3#的氮化层总厚度示意图；

图4为试样4#的氮化层总厚度示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1～图4，本发明涉及的一种铝型材模具氮化工艺包括以下步骤：

清洁工作带：对模具外观及内部结构进行清洁，清洁切记勿用硬物反复接触工作带区域，应以柔软棉布清洁擦拭为主。

模具抛光：人工手持抛光机，研磨抛光上模工作带内壁、引料孔、下空刀、分流孔壁、下模焊合室内壁，确保光滑无异物感、无划伤、防止铝残留杂质。

模具防锈：使用干净的棉布对模具表面进行擦拭，去除尘灰，均匀涂抹防锈油。

模具安装：上、下模固定定位销应加以螺栓紧固，防止搬运中脱落。

氮化过程一阶段：为进一步获得氮化工艺方法，应使用行走吊车将模具吊入氮化炉，温控表设置温度460℃±5℃，氨气流量表调整至0.6～0.8L/H^注1，压力保持在30～40Kpa^注2，温度到达设定后持续保温7h，过程一阶段结束后关闭氮化炉氨气阀门，停止氨气通入炉内，静止≤10min。其低温保温时间长可以缓慢软化氮化层附着作用。

氮化过程二阶段：为进一步获得氮化工艺方法，调整温控表设置温度540℃±5℃，氨气流量表调整至0.4～0.6L/H，压力保持在30～40Kpa，温度到达设定后持续保温5h。过程二阶段结束后关闭氮化炉氨气阀门，停止氨气通入炉内，静止≤15min，可起到巩固模具工作带的耐磨性。

氮化过程三阶段：为进一步获得氮化工艺方法，应调整温控表设置温度440℃±5℃，氨气流量表调整至0.6～0.8L/H，压力保持在40～50Kpa，温度到达设定后持续保温2h。过程三阶段时间到达后，当温度降至≤180℃，关闭氨气通入阀，打开炉盖静置等待≥30min以上自然冷却，确保模具工作带氮、碳原子被模具表面完全吸收，扩散渗入模具表层，获得以氮为主的氮碳共渗层，之后再吊出放置在安全区域位置。

送检模具试块:送检模具试块，用维氏硬度计测量试块，确保硬度≧1000HV为合格状态。

本实施例提供了4个采用上述工艺制备的模具试样的检测结果，并在只进行氮化第一阶段以及进行了全部三个氮化阶段分别进行硬度测试，并检测渗氮化合物层厚度及渗氮层总厚度。其检测结果如下：

硬度测试、试验设备：FV-810型韦氏硬度计、试验环境：23℃、30％RH、采用标准：ISO6507-1-2018

表一：硬度测试的实验结果

结论：试样件硬度均值在1050HV以上，通过试验的结果对比新方法明显测试结果显优。厚度测试、试验设备：渗氮层专用测厚仪MikroTest/F6、试验环境：22℃、采用标准：GB/T11354-2005

结论：渗氮层的厚度结果显示明显方法上存在优越，可有效的提升模具的耐磨性与韧性。金相组织测试、试验设备：AXIO万能研究级倒置式材料显微镜、试验环境：22℃、采用标准：GB/T11354-2005，检验结果详见附图。渗氮层总厚度提升了至少0.1mm，可有效的提升模具的耐磨性与韧性。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种铝型材模具氮化工艺，其特征在于，包括以下步骤：

S1清洁模具外观及内部结构；

S2研磨抛光模具；

S3除去模具表面及内部尘灰，并均匀涂抹防锈油；

S4氮化过程第一阶段，使用氮化炉氮化模具，控制氮化炉温度为T1，氨气流量表流量L1，压力保持为P1，持续保温时长t1；氮化过程第一阶段结束后，静置时间t2；

S5氮化过程第二阶段，控制氮化炉温度为T2，氨气流量表流量L2，压力保持为P2，持续保温时长t3；氮化过程第二阶段结束后，静置时间t4；

S6氮化过程第三阶段，控制氮化炉温度为T3，氨气流量表流量L3，压力保持为P3，持续保温时长t5；氮化过程第一阶段结束后，打开炉盖自然冷却时间t6；

其中，T2＞T1≥T3；L1≥L3＞L2；P3＞P1≥P2；t1＞t3＞t5；t6＞t4＞t2；

{T1，T2，T3}∈[450℃，550℃]；{L1，L2，L3}∈[0.4L/H，0.8L/H]；{P1，P2，P3}∈[30Kpa，50Kpa]；{t1，t3，t5}∈[2h，5h]；{t2，t4，t6}∈[10min，50min]。

2.根据权利要求1所述的铝型材模具氮化工艺，其特征在于：模具包括上模和下模，在步骤S3后，使用可拆卸零部件固定上模和下模。

3.根据权利要求1所述的铝型材模具氮化工艺，其特征在于：步骤S4中，氮化过程第一阶段结束后，关闭氨气阀门，静置时间t2。

4.根据权利要求1所述的铝型材模具氮化工艺，其特征在于：步骤S5中，氮化过程第二阶段结束后，关闭氨气阀门，静置时间t4。

5.根据权利要求1所述的铝型材模具氮化工艺，其特征在于：步骤S6中，氮化过程第三阶段结束后，关闭氨气阀门，打开炉盖自然冷却时间t6。

6.根据权利要求1所述的铝型材模具氮化工艺，其特征在于：步骤S4中，T1＝460℃±5℃，0.6L/H≤L1≤0.8L/H，30Kpa≤P1≤40Kpa，t1＝7h，t2≤10min。

7.根据权利要求1所述的铝型材模具氮化工艺，其特征在于：步骤S5中，T2＝540℃±5℃，0.4L/H≤L2≤0.6L/H，30Kpa≤P2≤40Kpa，t3＝5h，t4≤15min。

8.根据权利要求1所述的铝型材模具氮化工艺，其特征在于：步骤S6中，T3＝440℃±5℃，0.6L/H≤L3≤0.8L/H，40Kpa≤P3≤50Kpa，t5＝2h，t6≥30min。

9.根据权利要求1所述的铝型材模具氮化工艺，其特征在于：还包括步骤S7，采用维氏硬度计测量氮化后模具，硬度≥1000HV为合格。

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