一、来样

本文从国内主要铝合金型材加工潍坊临朐一家型材模具氮化公司索取一只失效电加工铝合金型材模具，提供分析。本文提供“高品质氮化在铝合金型材模具上的应用”课题，作为新型型材模具和现生产型材模具对比分析。

二、来样宏观状态

宏观状态 电加工取样部位

图1 来样宏观状态

图1中示出来样宏观状态，左图中黑线是取样部位。外园处是模具非工作部位主要检测，检测模具氮化原始状态；电加工部位是模具运行主要工作部位，检测模具运行状态。电加工取样部位中，能够看到明显的氮化状态（图中黑线条）。

三、 来样微观状态

① 外圆微观组织状态       

100×

500×

图2 来样微观状态（外圆非工作原始氮化状态）

从图2中可以看出，原始氮化层比较厚；氮化层中化合物层也比较厚，厚度为20.3um；整个氮化层中的脉状组织比较多，占整个氮化层的2/3，一些部分已经连成条。图3示出外圆氮化层硬度梯度曲线，外圆氮化层厚度高达0.657mm，超过780HV硬度区厚度高达0.35mm，是严重的过氮化状态。

图3 外圆氮化层硬度梯度曲线

② 工作部位微观组织状态

50×

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100×

100×

500×

500×

图4  工作部位微观组织状态

图4示出工作部位微观组织状态，50倍的T字形部位和尖角部位脉状组织密集、连成网状、产生很深裂纹；100倍的尖角部位和窄缝部位的脉状组织也很密集、连成网状；500倍下看到的这种现象更为明显。在图4中基本上看不到化合物层，从起表面特征来看，已经是全部脱落状态。

四、分析

我们通过30来年的生产实际中，总结过如图5中所示的常规氮化缺陷。图6中示出金属磨粒磨损示意图，图中示出的照片是在生产实际运行的模具失效检测中发现的。金属的磨粒磨损、黏着磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损四大类磨损中磨粒磨损约占60%，也就是说磨粒磨损占金属磨损的很大比例，值得引起重视。常规氮化层中的缺陷在模具生产运行中出现的带尖角的硬颗粒非常有害，不但破坏模具减少使用寿命外，对工件的损伤是格外严重的。

图6  金属磨粒磨损示意图

上文所述，来样失效模具原始氮化层中存在很厚的化合物层，可是工作部位上基本上看不到化合物层。化合物层是坚硬而脆的组织，外来应力下很容易破裂脱落。从来样失效模具宏观状态和微观状态来看，该模具在很短工作时间内化合物层全部破裂脱落。模具原始氮化层中的化合物层很厚，但工作部位已经看不到化合物层了，说明化合物层在工作冲击下很快脱落了。可以想象原始氮化层中有那么厚的化合物层，工作部位不可能没有化合物层的。

来样失效模具中的脉状组织非常严重，大部分部位脉状组织都已形成网状。实际上氮化层的扩散层中的脉状组织是微裂纹，外来应力冲击下很容易破裂脱落。脉状组织形成这种网状时，破裂脱落是更加迅速的。50倍下看到的很深裂纹，是在脉状组织破裂脱落带动下产生的。

通过多年的艰苦努力做到了如图7中所示的没有上述氮化层缺陷的高品质氮化，应用到尽快“哈特贝尔”快锻机模具，使用效果很好，得到了用户的认可和青睐。

图7 高品质氮化技术氮化层（无化合物层、脉状组织，无过氮化、欠氮化，硬度梯度平缓）

图8 日本东方河田一喜提出的无化合物层、脉状组织氮化层

前几天拜读了日本东方公司（我国最大热处理公司“丰东”的早期合资公司，本文曾经在该公司学习一年氮化技术）河田一喜的《氮化、渗碳、离子CVD》一书，图8中示出他对无化合物层、脉状组织的叙述。他在书中多次叙述，这种高品质氮化在热作模具应用中有着非常明显可观的使用寿命提高和经济效益，进一步寿命高品质氮化的可行性。我的交往20多年的韩国朋友（“MIRETHERMOTEC-PVD、梯度、氮化”）裴珍范社长前几天也来信说，这种高品质氮化在韩国得到型材模具使用寿命的大幅度提高。

2020年8月我们拜访了“太平洋”、“森威”、“常州龙城”、“湖州辛子”、“一汽标准件”、“日资太仓置田”等六家国内知名的精锻企业，并做了六家精锻模具的失效分析。通过失效分析发现，六家精锻模具的氮化都存在我们提出的氮化缺陷，严重影响氮化模具使用寿命。说明国内热作模具氮化还没能达到高品质氮化水平，需要我们推广应用。

通过国内铝合金型材模具市场调查发现，没有一家使用这种高品质氮化技术。国内铝合金型材加工企业，据知仅山东就有几百家，需要我们努力操作。

五、结论

通过分析认为，克服常规氮化缺陷、应用高品质氮化是，提高热作模具寿命的确实有效的方法。