模具氮化及软氮化白亮层的控制

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1、模具材料及热处理技术模具氮化及软氮化白亮层的控制左时燕1，周伟1，况勋1，杨凌平21.中国兵器装备集团公司重庆建设工业集团公司（重庆402264）2.济南汇九齿轮（集团）有限公司（山东济南250402）【摘要】介绍了钢的氮化及软氮化白亮层（化合物层）的相结构和性能特点，讨论分析了不同机械零件对氮化及软氮化白亮层要求侧重点，重点论述了不同模具对氮化及软氮化白亮层的要求，以及模具氮化及软氮化白亮层的控制要点。关键词：氮化、软氮化；白亮层及化合物层；相结构；性能；硬度中图分类号：TG162文献标识码：BDOI:10

2、.13596/j.cnki.44-1542/th.2015.0023ControlDieNitriding&SoftNitridingWhiteBrightLayer【Abstract】Thispaperintroducesthesteelnitride&softwhitelayer(layercompound)nitridephasestructureandperformancecharacteristicsofthediscussionhasanalyzedthedifferentmechanicalpa

3、rtsofnitride&softwhitenitridelayerrequiresfocus,mainlydiscussesthedifferentmouldofnitride&softwhitelayer,nitrideandmouldsnitriding&softwhitenitridelayercontrolpoints.Keywords：mold；nitrideperformance；hardness&softnitriding；white&compoundlayer；phasestructure;

4、1引言对钢铁零件实施渗氮（氮化）、氮碳共渗（软氮化），可获得厚度不到一根头发丝粗、薄如蝉翼的白亮层，隐藏着无尽的奥秘。一方面在工程上获得广泛应用；另一方面又留下无尽的谜团。合物层下面还有一层含氮碳奥氏体的淬火层，相结构为M（马氏体）+A（奥氏体）。这两种不同属性的表面层，在弱酸性溶液中短时间浸蚀时，其抗蚀能力优于普通钢的基体组织，金相组织检查时，基体组织腐蚀出来后，仍然保持白色（见图1、图2）或灰白色（见图3）形貌，所谓白亮层，乃是指渗氮工件表层的ξ相、ε相和γ′相或其中的一相或两相所组成的化合物层，故又称为

5、化合物层或化合层。因其不易为普通腐蚀剂所着色，在显微镜下呈白亮状态而得名。渗氮-氮碳共渗白亮层的相2结构及其性能2.1白亮层的相结构渗氮和铁素体氮碳共渗时，对碳素钢而言，钢表面有一层化合物层，相结构为ε、γ′、ε+γ′3种基本形式；奥氏体氮碳共渗快冷时，临近化图142CrMo4全致密白亮层（德资企业检测报告）·76·《模具制造》2015年第1期ID号金相图片932777601表面芯部全致密（无疏松）白层基体（索氏体）锡箔纸基体（芯部）组织（索氏体）图纸要求Thicknessofconnectinglayer(

6、μm)Non-porous(%)42CrMo4+QT图纸要求10~20≥60实测值13.45100索氏体3.1证书0.010.0120.015(mm)OK索氏体·模具材料及热处理技术·故称其为白亮层。如图1所示为作者为某外企成功开发的42CrMo4内齿圈的全致密（无疏松）白亮层；图2所示为作者所做的H13模具浅、无白层软氮化；图3所示为Q235奥氏体氮碳共渗灰白层。2.2白亮层的机械性能2.2.1白亮层的优良特性氮化-软氮化白亮层（化合物），具有很高的表面硬度，模具钢氮化-软氮化后表面硬度可达900~1,20

7、0HV，具有优异的耐磨性；而且，因其工艺温度在600℃左右，故而具有良好的热硬性（在550℃的环境下长期使用硬度不降低）；当机械零件具有完整而致密的白亮层覆盖时，具有较强的抗大气和淡水腐蚀性能；以及具有较低的摩擦系数和较高的抗固着磨损特性。经奥氏体氮碳共渗的机械零件，含氮、碳奥氏体淬火层具有中等硬度（可时效硬化）、耐磨性和耐蚀性（淬火态）均优于单纯的化合物层，其塑性也较高。两种白亮层都有同样的问题，其内部的相结构不同，故而性能上有所差别。2.2.2白亮层的负面作用任何事物有其利必有其弊，氮化-软氮化白亮层同样

8、如此。如复合（相）白亮层往往具有较大的脆性（像玻璃渣一样硬而脆），抗酸蚀性较弱。另外，随着氮化-软氮化白亮层厚度的增加，会导致白亮层出现疏松（不致密）的结果，白亮层的疏松（不致密）现象与白亮层本身一样具有利和弊的两重性：大部分人认为：疏松弊大于利，属于有害的缺陷组织，疏松的形成，会降低白亮层的抗蚀性等。严重的疏松会降低表面硬度，增加工件表面粗糙度值和影响外观。如果产生夹层疏松，在工件抛光时还可能会起