塑料模具钢材氮化处理规范

塑料模具是注塑成型的核心工艺装备，型腔、型芯、滑块、顶针、导柱等关键部件长期在高温、高压、摩擦及腐蚀性环境下工作，容易出现磨损、拉伤、疲劳裂纹和锈蚀等问题，直接影响塑件质量、尺寸精度与模具使用寿命。氮化处理作为模具表面强化的重要手段，能在较低温度下形成高硬度、高耐磨、耐腐蚀的氮化层，且工件变形极小，非常适合精密塑料模具的表面改性。为规范模具钢材氮化处理流程、稳定处理质量、避免层脆、剥落、变形超差等缺陷。

一、适用范围与材料要求

本规范适用于塑料模具型腔、型芯、镶件、滑块、顶针、导柱、导套等关键结构件的气体氮化和离子氮化处理，覆盖行业主流模具钢材。H13、SKD61 等热作模具钢氮化效果稳定，硬度与韧性匹配良好，是优先推荐材料；718H、P20、NAK80 等预硬塑料模具钢可采用低温短时氮化，避免表层过脆；S136、STAVAX 等不锈钢易形成脆性氮化物，非特殊工况不建议氮化，确需使用时必须严格降低温度与保温时间。所有工件在氮化前必须完成最终淬火与回火，硬度稳定在 46–52 HRC，内部应力充分释放，严禁在未回火、应力过大状态下进行氮化，防止开裂与变形。

二、前处理与加工要求

氮化前处理直接决定渗层均匀性与表面质量，必须严格控制。机加工需预留合理余量，普通成型面留 0.03–0.06 mm，精密配合面留 0.015–0.03 mm，用于后续精磨或抛光。工件尖角、锐边必须倒圆 R0.3 以上，避免局部氮浓度过高导致崩角、剥落。表面需清洁无油污、氧化皮、焊渣、油漆及标记油墨，否则会造成局部不渗氮、软点或斑点缺陷。不需要氮化的部位，如安装面、避空孔、螺纹孔等，应使用耐高温阻镀剂、铜箔或专用堵头进行屏蔽，保证非加工面性能不受影响。

三、氮化工艺参数控制

塑料模具常用氮化方式为气体氮化和离子氮化，参数需按材料与使用需求精准设定。气体氮化以氨分解为氮源，工艺温度 480–530 ℃，H13、SKD61 推荐 510–525 ℃，预硬钢控制在 480–500 ℃，保温时间 8–20 h，常规模具氮化层深度 0.10–0.30 mm，化合物层控制在 10–25 μm，过厚易出现脆性剥落。离子氮化依靠辉光放电加热，温度均匀、变形更小，工艺温度 490–520 ℃，气压 200–800 Pa，时间 6–15 h，更适合精密型腔与高要求模具。工艺过程中需稳定控制气氛、压力与温度均匀性，冷却采用随炉缓冷至 200 ℃以下出炉，避免骤冷产生裂纹。

四、质量检验与验收标准

氮化后必须进行系统检验，确保满足使用要求。外观上，氮化层应均匀一致，呈灰色或灰黑色，无氧化、锈蚀、斑点、剥落及拉伤痕迹。硬度检测采用维氏硬度计，载荷 100–300 g，H13、SKD61 表面硬度≥850 HV，718H、P20≥700 HV，同一平面硬度差≤100 HV。渗层深度采用显微硬度法测定，以高于基体 50 HV 位置为有效边界，必须符合图纸或工艺规定。尺寸变形使用千分表、投影仪检测，精密模具变形量一般不超过 0.02 mm，超差件需通过精磨修正，严禁强行装配。检验合格后方可转入下道工序，不合格件需分析原因并重新处理。

五、后处理与使用维护要点

氮化工件一般不进行高温回火，避免硬度大幅下降；如需改善脆性，可在 300–350 ℃低温回火 1–2 h。成型面可进行精磨、抛光，但必须保留足够氮化层厚度，至少保留 0.05 mm 以上，否则失去强化意义。模具在装配、搬运过程中应避免撞击、划伤，运动部件配合间隙需合理调整，防止卡死或异常磨损。生产中保持良好润滑与清洁，避免强酸、强碱介质直接接触模具表面。长期存放时需做好防锈保护，禁止对已氮化工件进行焊接、补焊或再次高温热处理，以免破坏渗层结构、引发开裂与失效。

总结

氮化处理是提升塑料模具耐磨性、耐蚀性与抗疲劳性能的关键工艺，其质量稳定依赖于规范的前处理、精准的工艺控制与严格的检验闭环。本规范从材料、前处理、工艺参数、检验标准到使用维护形成完整体系，可有效减少层脆、剥落、变形不均等常见缺陷，在保证模具精度的前提下大幅提升使用寿命与稳定性。现场操作人员、工艺及质检人员应严格按照规范执行，持续优化工艺参数与管理流程，从而降低模具故障率、减少维修成本，为注塑生产的高效稳定运行提供坚实保障。