国内外热锻模具氮化技术应用

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模锻锻件生产中的模具消耗是影响成本的重要因素，先进工业国的锻造模具消耗额警界红灯为生产总值的5%。模锻为主的“上海××”中型锻造公司2014年锻件生产总值为8000万元、平均销售额为12.3元/kg，模具消耗额为650万元，占生产总值的8.1%；“××”大型国有锻造企业瑞士进口“AM P70热镦机”2014年齿轮毛坯生产总值为1.7亿元、平均销售额为14.9元/kg，模具消耗额为872万元，占生产总值的5.1%。按这个标准考核的话，上述两个企业的模具消耗额已经闯红灯了。上述两个企业的平均销售额明显高于其他企业（通常10元/kg 以下），模具消耗额要高于这两个企业，所以减少模具成本是降低模锻生产成本亟待需要解决的问题。

准确选择模具材料、良好热处理、良好表面氮化处理是提高热锻模具的重要手段，为了解决这些问题本文从90年代末开始做了以表面氮化为主的大量分析研究工作，但因国内氮化设备、氮化工艺的相对落后，没能达到目的。从2012年开始重操旧业找了几家国内相对有名的氮化部门（包括合资或独资企业）做了试验，但都没能达到我们的技术要求。

为了有效地提高热锻模具的使用寿命，我们利用国内外各种技术开发制作了一种能够控制氮化质量因素的新型氮化炉，进行了氮化工艺调试。经过半年多的调试，达到能够准确控制热锻模具表面氮化层的化合物层、脉状组织、合理的氮化层硬度梯度、合理的次表面层硬度，达到了我们设计的氮化层质量要求，同时我们还进行进一步提高使用寿命的硫化、氧化等试验，即将应用到生产中去。

热锻模具失效形式
表面氮化热锻模具的主要失效形式为磨粒磨损，磨损过程是：化合物层破裂→硬颗粒→脉状组织开裂→掉块→基体擦伤→反复犁削→切削犁沟。

几种氮化炉的功能
（1）氮基气氛三元气体氮化炉（日本） 这种技术具有产品质量可靠、经济性好、安全性好、无工业污染、缩短氮化时间等优点。它采用常用控制系统，难以实现氮化层质量因素控制。本文曾在日本参与钻头氮化试验，因难以控制化合物层的出现，仅做了30min氮化，提高30%左右的钻头使用寿命。如果能够控制化合物层的话，可以提高更多使用寿命。

（2）阴极离子屏氮化炉（韩国-NPPN） 韩国“MIRETHERMOTC”公司21世纪初开发了“NPPN”氮化炉，它的特点是在常规离子氮化炉中加了阴极屏（Separate Cathode），工作原理是将离子对金属表面的直接冲击用阴极屏转换成气体化离子，发挥了气体氮化和离子氮化的优点，克服了离子氮化的微孔窄缝无法氮化、工件形状、大小对氮化的影响（不能控制不同工件的氮化质量）、离子冲击表面粗化的问题（表面粗化是产生磨粒磨损的因素）。

阴极离子氮化屏
（3）新开发新型氮化炉 结合国内外氮化炉的优缺点开发了新型氮化炉，采用（NH3 +N2 +CO2）三元气体氮化；利用PT-500控制系统、氨气裂解器、氢探头、氧探头精确控制炉内氮势；低真空保护、快速冷却的技术。