【正文】 稱為氮化）是將模具零件置入含有活性氮原子的氣氛中，加熱到一定溫度，保溫一定時(shí)間，使氮原子滲入工件表面形成氮化物的熱處理工藝。2） 應(yīng)用于部分熱作模具及冷作模具可提高模具表面的硬度和使用壽命。因此，可采用碳含量較低、冷塑性變形性能好的塑料模具鋼，如20Cr、12CrNi3A鋼以及美國的PPPP5鋼等。滲碳工藝應(yīng)用于模具表面強(qiáng)化，主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。經(jīng)CD滲碳的模具心部沒有像Cr12型模具鋼和高速鋼中出現(xiàn)粗大共晶碳化物和嚴(yán)重的碳化物偏析，因而其心部韌性比Cr12MoV鋼提高35倍。與氣體滲碳相比，真空滲碳的溫度高，滲碳時(shí)間可明顯縮短。 將被處理的模具工件在真空中加熱到奧氏體化，并在滲碳?xì)夥罩袧B碳，然后擴(kuò)散、淬火。第二次淬火溫度則根據(jù)高碳的表層來決定，一般選擇在稍高于Ac1的溫度（770820℃）。 對(duì)本質(zhì)粗晶粒鋼或使用性能要求很高的零件，要采用兩次淬火或一次正火加一次淬火，以保證模具零件心部和滲層都達(dá)到高的性能要求。適用于本質(zhì)粗晶粒鋼零件，不適用于直接淬火零件。（2） 一次淬火。其次淬火的優(yōu)點(diǎn)是：減少加熱或冷卻的次數(shù)，簡化操作，生產(chǎn)效率高，還可以減少淬火變形及表面氧化、脫碳傾向。隨爐降溫或出爐預(yù)冷的目的是為了減少淬火內(nèi)應(yīng)力，從而減少零件的變形。（1） 直接淬火。通過熱處理使零件的高碳表層獲得細(xì)小的馬氏體、適量的殘留奧氏體和彌散分布的粒狀碳化物；零件的心部由低碳馬氏體、托氏體、索氏體等組織組成。在正常滲生產(chǎn)情況下，停爐再升溫生產(chǎn)時(shí)應(yīng)進(jìn)行爐腔滲碳。對(duì)于不同鋼中或?qū)由钫卟灰送瑺t滲碳。零件出爐時(shí)間根據(jù)隨爐試樣的層深檢查結(jié)果決定。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，用煤油滲碳時(shí)，爐內(nèi)氣氛成分應(yīng)控制在以下范圍內(nèi)：CnH2n＋2(%%),CnH2n≤%,CO(20%35%),H2(50%65%),CO2≤%,N2余量。風(fēng)扇應(yīng)始終保持逆轉(zhuǎn)，似使零件能經(jīng)常與新鮮氣體接觸。零件裝在料筐或掛具上，彼此間應(yīng)留出510mm的間隙，以保證滲碳介質(zhì)能與零件充分接觸和循環(huán)流通。常用熱水或Na2CO3的水溶液作為介質(zhì)。對(duì)于可直接淬火的零件應(yīng)隨爐冷卻適宜的淬火溫度（一般在840860℃），并保溫在1530min是零件內(nèi)外溫度均勻后出爐淬火；對(duì)于需重新加熱的零件，可自滲碳溫度出爐入緩冷罐。擴(kuò)散階段所需時(shí)間由中間試棒的滲碳層深度決定。滲碳進(jìn)入擴(kuò)散階段是以減少滲碳劑量或濃度為標(biāo)志。強(qiáng)烈滲碳時(shí)間主要取決于層深要求。排氣階段結(jié)束后，及進(jìn)入強(qiáng)烈滲碳階段。排氣不好會(huì)造成滲碳速度慢、質(zhì)量不合格等缺陷。通常采用加大滲劑流量以使?fàn)t內(nèi)氧化性氣氛迅速減少。模具零件入爐后必將引起爐溫降低，同時(shí)帶入大量空氣。滲碳過程中排氣、強(qiáng)烈滲碳、擴(kuò)散劑降溫四個(gè)部分組成，如下圖516所示.。圖515 滴注式氣體滲碳爐工作1）氣體滲碳工藝操作 以某井式氣體滲碳工藝為例，使用于20Cr、20CrMnTi等鋼制造的模具零件。工件經(jīng)滲碳后必須進(jìn)行淬火才能獲得高硬度、高耐磨性。圖514 固體滲碳裝箱采用液體或氣體碳?xì)浠衔镒鳛闈B碳劑。滲碳溫度一般為900950℃。1．固體滲碳是將工件置于填滿木炭和碳酸鋇的密封箱內(nèi)進(jìn)行（見圖514），滲碳劑是木炭和碳酸鋇的混合物。硬化后的表面獲得有利的殘余壓應(yīng)力，從而進(jìn)一步提高滲碳工件的彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度。常用化學(xué)熱處理的方法及作用見表54.表54. 常用化學(xué)熱處理的方法及作用方法滲入元素作用滲碳C提高模具的耐磨性、硬度及疲勞強(qiáng)度滲氮N提高模具的耐磨性、硬度、疲勞強(qiáng)度及耐蝕性碳氮（氮碳）共滲C、N提高模具的耐磨性、硬度及疲勞強(qiáng)度滲硫S減磨，提高抗咬合性能硫氮共滲S、N減磨，提高抗咬合性能、耐磨性、改善疲勞性硫碳氮共滲S、C、N減磨，提高抗咬合性、耐磨性、改善疲勞性滲鋁Al提高模具抗氧化及抗含硫介質(zhì)腐蝕的能力滲鉻Cr提高模具抗氧化、抗腐蝕能力及耐磨性滲硼B(yǎng)提高模具耐磨性、硬度及抗磨蝕性滲硅Si提高工件抗腐蝕性能滲鋅Zn提高工件抗大氣腐蝕的能力（一）.滲碳滲碳是目前模具表面熱處理中應(yīng)用最廣泛的一種熱處理方法，氣功一特點(diǎn)是降低碳鋼或低糖合金鋼模具在增碳的活性介質(zhì)中加熱到850950攝氏度，保溫一定的時(shí)間，是碳原子滲入表面層，隨后淬火并低溫回火是模具表層與心部具有不同的成分，組織或性能。圖513 電解液表面加熱淬火原理 冷沖壓模具的化學(xué)熱處理工藝模具表面化學(xué)熱處理的強(qiáng)化是指將模具零件治愈鐵定置于特定的活性介質(zhì)中加熱和保溫，是一種或幾種元素滲入模具零件表面，以改變表層的化學(xué)成分，組織，是表層具有與心都不同的力學(xué)性能或特殊的物理，化學(xué)性能的熱處理工藝。加熱時(shí)間可通過試驗(yàn)確定。電流密度過大時(shí)，加熱速度快，淬硬層薄。溫度過高，氫氣膜不穩(wěn)定，影響加熱過程，還會(huì)加速溶液的蒸發(fā)。此方法使用的設(shè)備簡單，淬火變形小，適用于形狀簡單、小工件的批量生產(chǎn)。氫圍繞工件形成氣膜，產(chǎn)生很大的電阻，通過的電流轉(zhuǎn)化為熱能將工件表面迅速加熱到臨界點(diǎn)以上溫度。工件置于電解液中（局部或全部）作為陰極，金屬電解槽作為陽極。2電解液表面加熱淬火電解液的加熱是以直流電為電源在電解液中進(jìn)行的，適用于表面加熱淬火的電解液很多，一般采用（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%10%）Na2CO3水溶液。淬火后建議在180200℃進(jìn)行回火。球墨鑄鐵、合金鑄鐵也可以進(jìn)行火焰加熱淬火?；鹧娲慊鹑绻鞘止げ僮鳎瑒t是一種技巧性很強(qiáng)的操作，必須配備合適的工具。我國目前多用手工火焰加熱淬火，缺點(diǎn)較多，若能改用機(jī)械化、自動(dòng)化程度高的方法，則淬火質(zhì)量更能保證并進(jìn)一步提高。圖513 淬火鋼中馬氏體的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)、殘余奧氏體量、內(nèi)應(yīng)力及碳化物粒子大小與回火溫度的關(guān)系 冷沖壓模具的表面熱處理工藝火焰表面加熱淬火是通過噴嘴將火焰（通常用氧乙炔）噴射到工件表面，將工件迅速加熱到淬火溫度，然后在規(guī)定的冷卻介質(zhì)中冷卻到室溫的熱處理工藝。需要指出的是鋼在回火時(shí)會(huì)產(chǎn)生回火脆性現(xiàn)象，即在250 C400 C和450 C650 C兩個(gè)溫度區(qū)間回火后，鋼的沖擊韌性明顯下降。但回火溫度太高，則塑性會(huì)有所下降（圖511，圖512）。表53 45鋼（Ф20mmФ40mm）調(diào)質(zhì)和正火后機(jī)械性能的比較工藝機(jī)械性能組織σb/MPaБAk/KJ鋼調(diào)質(zhì)處理后的機(jī)械性能和正火相比，不僅強(qiáng)度高，而且塑性和韌性也比較好（表53）。圖510 回火索氏體500 回火索氏體（回火S）綜合機(jī)械性能最好，即強(qiáng)度、塑性和韌性都比較好，它廣泛用于各種重要的機(jī)器結(jié)構(gòu)件，特別是受交變載荷的零件，如連桿、軸、齒輪等。主要用于處理各類彈簧。鐵素體仍保留馬氏體的形態(tài)，滲碳體比回火馬氏體中的碳化物粗。主要用于處理各種高碳鋼工具、模具、滾動(dòng)軸承以及滲碳和表面淬火的零件。在顯微鏡下，高碳回火馬氏體為黑針狀，低碳回火馬氏體為暗板條狀，中碳回火馬氏體為兩者的混合物。下貝氏體量少可忽略。部分殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w，但量不多。 根據(jù)回火溫度的高低，一般將回火分為三種： （1）低溫回火 回火溫度為150℃250 ℃。這是因?yàn)椋旱谝?，淬火后得到的是性能很脆的馬氏體組織，并存在有內(nèi)應(yīng)力；容易產(chǎn)生變形和開裂。圖59 淬透性不同的鋼調(diào)質(zhì)后機(jī)械性能的比較 鋼件淬火后，為了消除內(nèi)應(yīng)力并獲得所需求的組織和性能，將其加熱到Ac、以下某一溫度，保溫一定時(shí)間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝叫做回火。截面較大、形狀復(fù)雜以及受力較苛刻的螺栓、拉桿、錘桿等工作，要求截面機(jī)械性均勻，應(yīng)選用淬透性好的鋼。圖中40CrNiMo鋼棒整個(gè)截面都是回火索氏體，機(jī)械性能均勻，強(qiáng)度高，韌性好。該距離越大，則淬透性越好【圖 58，由圖中可知40Cr鋼的淬透性比45鋼要好。淬透性是鋼材選用的重要依據(jù)之一。 d 鋼中未溶第二相 鋼中未溶入奧氏體中的碳化物、氮化物及其他非金屬雜物，可稱為奧氏體分解的非自發(fā)核心，使臨界冷卻速度增大，降低淬透性。 b 合金元素 除鈷以外，其余合金元素溶于奧氏體后，降低臨界冷卻速度，使C曲線右移，提高鋼的淬透性，因此合金鋼往往比碳鋼的淬透性要好。過共析鋼隨碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，臨界冷卻速度增大，淬透性降低。 a 碳質(zhì)量分?jǐn)?shù) 對(duì)于碳鋼，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響鋼的臨界冷卻速度。臨界冷卻速度越小，即奧氏體越穩(wěn)定，則鋼的淬透性越好。 鋼淬火后硬度會(huì)大幅度提高，能夠達(dá)到的最高硬度叫鋼的淬硬性，它主要決定與馬氏體的碳含量。淬透性是鋼在規(guī)定條件下的一種工藝性能，而淬透層深度是指實(shí)際工作在具體條件下淬火得到的表面與馬氏體到半馬氏體處的距離，它與鋼的淬透性、工作的截面尺寸和淬火介質(zhì)的冷卻能力等有關(guān)。半馬氏體組織和馬氏體一樣，硬度主要與碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)有關(guān)，而與合金元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系不大，如圖57所示。 半馬氏體組織比較容易由顯微鏡或硬度的變化來確定。 在實(shí)際生產(chǎn)中，往往要測(cè)定淬火工件的淬透層深度，所謂淬透層深度即使從試樣表面至半馬氏體區(qū)（馬氏體和非馬氏體組織各占一半）的距離。其中J表示末端淬火的淬透性，d表示距水冷端的距離，HRC為該處硬度。同一牌號(hào)的鋼，由于化學(xué)成分和晶粒度的差異，淬透性曲線實(shí)際上為有一定波動(dòng)范圍的淬透性帶。顯然，噴水端冷卻速度較大距末端沿軸向距離增大，冷卻速度逐漸減小，其組織及硬度亦逐漸變化。水柱自由高度65mm+5mm，水溫20 ℃30 ℃。 淬透性可用“末端淬火法”來測(cè)定。心部硬度僅為20HRC，表示45鋼試棒心部未淬火。結(jié)果是45鋼試棒表面組織是馬氏體，而心部組織為鐵素體+索氏體。如直徑為30mm的45鋼和40CrNiMo試