氮氧化处理对AISIH13工具钢热熔损与腐蚀性质之研究.pdfVIP

氮氧化處理對 AISI H13 工具鋼熱熔損與腐蝕性質之研究 唐自標 薛涵覺 *張世賢 張智忠 陳以欽 梁誠 國立台北科技大學材料科學與工程研究所 (NSC-96-2622-E-027-003-CC3) 本研究採用不同的表面處理方式來改善模具鋁湯熱熔損問題，以增加模具使用壽命，同時比較無處理、氧化處理、氮化 處理及氮氧化處理的試棒經過熔損試驗後的各項觀察。經由實驗結果發現，氮化層確實能夠保護 AISI H13 鋼材，有效延遲 鋁湯熔損的時間。而在 4 小時熔損後，氮化後氧化 580℃ 3 小時、氮化後氧化 600℃ 2 小時及氮化後氧化 600℃ 3 小時的試 棒，因為具有較厚的氧化層，所以其熔損率計算結果為 0% ，抗鋁湯熔損能力為最佳。此外腐蝕分析證實，氧化層能夠提昇 工具鋼表面抗腐蝕性質，快速地在工具鋼表面形成鈍化層，有助於抵抗外在環境的腐蝕現象。綜合各項分析結果，得知抗鋁 湯熔損能力和腐蝕性質以氮化後氧化處理最佳，氧化處理次之，其次為氮化處理，無處理最差 。 關鍵字 : 鋁熔損、氮氧化處理、AISI H13 、腐蝕 1.前言 壓鑄模具常有加熱－冷卻循環所引起的熱疲勞 [1]與熔 在進行淬火程序時易造成淬裂現象發生。 融金屬接觸模具所引起的熔損問題 [2] ，一直以來都是模具 及壓鑄業者亟需解決的問題。而近來隨著壓鑄技術的進步， 2.實驗方法 許多鋁鎂合金壓鑄的模具中，其壓鑄條件已漸漸被要求在高 本實驗選用的母材所選用之材料為 AISI H13 工具鋼 ，是 溫高壓下進行，致使左右模具壽命原因之一的鋁熔損情形更 目前業界中廣泛應用之鋁壓鑄模具鋼材 ，其化學組成如表 1 加嚴重，而因鋁熔損量的增加，會造成模具壽命降低、成品 所示。並加工至直徑 16 ㎜、長 50 ㎜之圓棒，並在圓棒中 尺寸不精確、成本提高、停機維修等諸多問題，故如何慎選 央以鑽出直徑 4 ㎜，深度約 10 ㎜的螺絲孔，以在熔損試驗 適當的表面處理方法，以提高模具的使用壽命及降低生產成 時固定試棒。 本，乃為模具及壓鑄業者之重要的課題[3] 。 加工後 AISI H13 工具鋼試棒施以調質熱處理，使其具 表面氮化(滲氮)處理技術是一種表面硬化法的技術， 有一定金屬硬度及韌性，熱處理條件為 1030℃淬火、580℃ 一直以來都是化學熱處理和表面改質技術的重點研究主題 回火 3 小時反覆 3 次，施行調質熱處理後得到 AISI H13 工 [6][7]之一。此類技術大多應用在鋼鐵材料的表面上，目前 具鋼的硬度為 HRC 46~48 ，符合一般壓鑄模具之硬度範圍。 工業界較常使用的表面硬化法主要有三種，分別是相變態 完成AISI H13 工具鋼試棒之調質熱處理後，對試棒施以表 法、表面披覆法以及元素滲透法，而氮化處理是屬於元素滲 面氧化處理。 透法的一種，所謂的元素滲透法 [8]就是在高溫環境下，插 入型原子(C 、N 、B)從鋼材的表面擴散至鋼材內部起固溶強 C Si S P Mn Ni 化 [9]作用，並且與鋼材中的 Fe 、Al 、Cr 等元素形成化合物， 0.3448 0.8077 0.0006 0.023 0.38 0.135 Cr Mo V Cu Fe 使得鋼材表面硬度提升，達到硬化的效果。 4.9997 1.15 0.6721 0.1057 91.376 氮氧化處理 (ONC®)是加拿大 Nitrex 公司所研發的表面 表 1 AISI H13 工具鋼之化學組成(wt%) 氮化製程，有別於一般的氣體氮化，氮氧化是一種結合氣體 本實驗模擬鋁合金在壓鑄過程