金屬熱處理中滲氮工藝常識(shí)

1、金屬熱處理中滲氮工藝常識(shí)金屬熱處理中的各種滲氮工藝使氮原子滲入鋼鐵工件表層內(nèi)的化學(xué)熱處理工藝；傳統(tǒng)的氣體滲氮是把工件放入密封容器中，通以流動(dòng)的氨氣并加熱，保溫較長(zhǎng)時(shí)間后,氨氣熱分解筐生活性氮原子，不斷吸附到工件表面，并擴(kuò)散滲入工件表層內(nèi)，從而改變表層的化學(xué)成分和組織，獲得優(yōu)良的表面性能。如果在滲氮過(guò)程中同時(shí)滲入碳以促進(jìn)氮的擴(kuò)散，則稱為氮碳共滲。鋼鐵滲氮的研究始於20世紀(jì)初，20年代以后獲得工業(yè)應(yīng)用。最初的氣體滲氮，僅限於含銘、鋁的鋼，后來(lái)才擴(kuò)大到其他鋼種。從70年BANNED）始,滲氮從理論到工藝都得到迅速發(fā)展并日趨完善,適用的材料和工件也日益擴(kuò)大，成為重要的化學(xué)熱處理工藝之一。滲入鋼中的氮一

2、方面由表及木里與鐵形成不同含氮量的氮化鐵，一方面與鋼中的合金元素結(jié)合形成各種合金氮化物，特別是氮化鋁、氮化銘。這些氮化物具有很高的硬度、熱穩(wěn)定性和很高的彌散度，因而可使?jié)B氮后的鋼件得到高的表面硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度、抗咬合性、抗大氣和過(guò)熱蒸汽腐蝕能力、抗回火軟化能力，并降低缺口敏感性。與滲碳工藝相比，滲氮溫度比較低，因而畸變小，但由於心部硬度較低，滲層也較淺，一般只能滿足承受輕、中等載荷的耐磨、耐疲勞要求，或有一定耐熱、耐腐蝕要求的機(jī)器零件，以及各種切削刀具、冷作和熱作模具等。滲氮有多種方法，常用的是氣體滲氮和離子滲氮。氣體滲氮：一般以提高金屬的耐磨性為主要目的，因此需要獲得高的表面硬度。它適

3、用於38CrMnAc等滲氮鋼。滲氮后工件表面硬度可達(dá)HV8501200。滲氮溫度低，工件畸變小，可用於精度要求高、又有耐磨要求的零件，如K床K桿和主軸、磨床主軸、氣缸套筒等。但由於滲氮層較薄，不適於承受重載的耐磨零件。氣體參氮可探用一般滲氮法（即等溫滲氮）或多段（二段、三段）滲氮法。前者是在整個(gè)滲氮過(guò)程中滲氮溫度和氨氣分解率保持不變。溫度一般在480520C之間,氨氣分解率為1530%,保溫時(shí)間近80小時(shí)。這種工藝適用於滲層淺、畸變要求嚴(yán)、硬度要求高的零件，但處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。多段滲氮是在整個(gè)滲氮過(guò)程中按不同階段分別探用不同溫度、不同氨分解率、不同時(shí)間進(jìn)行滲氮和擴(kuò)散。整個(gè)滲氮時(shí)間可以縮短到近50小

4、時(shí)，能獲得較深的滲層，但這樣滲氮溫度較高，畸變較大。還有以抗蝕為目的的氣體滲氮,滲氮溫度在550700c之間,保溫0.53小時(shí)，氨分解率為3570%,工件表層可獲得化學(xué)穩(wěn)定性高的化合物層，防止工件受濕空氣、過(guò)熱蒸汽、氣體燃燒崖物等的腐蝕。正常的氣體滲氮工件，表面呈銀灰色。有時(shí),由於氧化也可能呈藍(lán)色或黃色，但一般不影響使用。離子滲氮：離子滲氮又稱輝光滲氮，是利用輝光放電原理進(jìn)行的。把金屬工件作為陰極放入通有含氮介質(zhì)的負(fù)壓容器中，通電后介質(zhì)中的氮?dú)湓颖浑婋x，在陰陽(yáng)極之間形成等離子區(qū)。在等離子區(qū)強(qiáng)電場(chǎng)作用下，氮和氫的正離子以高速向工件表面轟擊。離子的高動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，加熱工件表面至所需溫度。由於離

5、子的轟擊，工件表面崖生原子濺射，因而得到凈化，同時(shí)由於吸附和擴(kuò)散作用，氮遂滲入工件表面。與一般的氣體滲氮相比，離子滲氮的特點(diǎn)是：可適當(dāng)縮短滲氮遇期；滲氮層脆性??；可節(jié)約能源和氨的消耗量；對(duì)不需要滲氮的部分可屏蔽起來(lái)，實(shí)現(xiàn)局部滲氮;離子轟擊有凈化表面作用，能去除工件表面鈍化膜，可使不銹鋼、耐熱鋼工件直接滲氮。滲層厚度和組織可以控制。離子滲氮發(fā)展迅速，已用於機(jī)床絲桿、齒輪、模具等工件。氮碳共滲:氮碳共滲又稱軟氮化或低溫碳氮共滲，即在鐵-氮共析轉(zhuǎn)變溫度以下，使工件表面在主要滲入氮的同時(shí)也滲入碳。碳滲入后形成的微細(xì)碳化物能促進(jìn)氮的擴(kuò)散，加快高氮化合物的形成。這些高氮化合物反過(guò)來(lái)又能提高碳的溶解度。碳氮

6、原子相互促進(jìn)便加快了滲入速度。止匕外，碳在氮化物中還能降低脆性。氮碳共滲后得到的化合物層韌性好，硬度高，耐磨，耐蝕，抗咬合。530570C,保溫時(shí)間13小時(shí)常用的有兩種：中性鹽通氨氣和以氣體介質(zhì)主要有：吸熱式或放熱式氣常用的氮碳共滲方法有液體法和氣體法。處理溫度早期的液體鹽浴用匐鹽，以后又由現(xiàn)多種鹽浴配方。尿素加碳酸鹽為主的鹽，但這些反應(yīng)崖物仍有毒。體（見(jiàn)可控氣氛）加氨氣；尿素?zé)岱纸鈿?；滴注含碳、氮的有機(jī)溶劑，如甲醯胺、三乙醇胺等。氮碳共滲不僅能提高工件的疲勞壽命、耐磨性、抗腐蝕和抗咬合能力，而且使用設(shè)備簡(jiǎn)單，投資少，易操作，時(shí)間短和工件畸變小，有時(shí)還能給工件以美觀的外表。*滲氮又稱氮化，指使

7、氮原子滲入鋼鐵工件表層內(nèi)的化學(xué)熱處理工藝，其目的是提高零件表面硬度和耐磨性，以及提高疲憊強(qiáng)度和抗腐蝕性。它是利用氨氣在加熱時(shí)分解生活性氮原子，被零件吸收后在其表面形成氮化層，同時(shí)向心部擴(kuò)散。氮化通常利用專門設(shè)備或井式滲氮爐來(lái)進(jìn)行。氣體滲氮在1923年左右，由德國(guó)人Fry首度研究發(fā)展并加以工業(yè)化，目前滲氮從理論到工藝都得到迅速發(fā)展并日趨完善，適用的材料和工件也日益擴(kuò)大。由于經(jīng)滲氮處理的制品具有優(yōu)異的耐磨性、耐疲憊性、耐蝕性、耐高溫性、抗咬合性、抗大氣和過(guò)熱蒸汽腐蝕能力、抗回火軟化能力，并降低缺口敏感性，與滲碳工藝相比，滲氮溫度比較低，因而工件畸變小，已成為重要的化學(xué)熱處理工藝之一，廣泛應(yīng)用于機(jī)械

8、、冶金和礦山等行業(yè)的齒輪、凸輪、曲軸、工具、冷作模具、熱作模具等零件和產(chǎn)品的表面處理。一、氮化常用材料傳統(tǒng)的合金鋼材料中的鋁、銘、機(jī)及鋁元素在滲氮過(guò)程中，與初生態(tài)的氮原子接觸時(shí)，就能生成安定的氮化物，尤其是鋁元素，不僅是生成氮化物元素，還能降低在滲氮時(shí)所產(chǎn)生的脆性。其他合金鋼中的元素，如銀、銅、硅、鎰等，對(duì)滲氮特性并無(wú)多大的幫助。一般而言，假如鋼料中含有一種或多種的氮化物生成元素，氮化后的效果比較良好。其中鋁是最強(qiáng)的氮化物元素，含有0.851.5%鋁的滲氮結(jié)果最佳，假如有足夠的銘含量，亦可得到很好的效果，沒(méi)有含合金的碳鋼，因其生成的滲氮層很脆，輕易剝落，不適合作為滲氮鋼。二、滲氮過(guò)程控制1 .滲氮前的零件表面清洗通常使用氣體去油法去油后馬上滲氮2 .排除滲氮爐中的空氣將被處理零件置于滲氮爐中，并將爐蓋密封后即可加熱，但加熱至150c以前須作排除爐內(nèi)空氣工作。排除爐內(nèi)空氣的主要目的是使參與滲氮處理的氣體只有氨氣和氮?dú)鈨煞N氣體，防止氨氣分解時(shí)與空氣接觸而發(fā)生爆炸性氣體，及防止被處理零件及支架的表面氧化。3 .氨的分解率滲氮是其它合金元素與初生態(tài)的氮接觸而進(jìn)行（初生態(tài)氮的產(chǎn)生，由氨氣與加熱中的零件接觸時(shí)零件本身成為觸媒而促進(jìn)氨的分解），雖然在各種分解率的氨氣下，皆可滲氮，但一般都采用1530%的分解率，并按滲氮所需厚度保持410小時(shí)，處理溫度保持在520c左右。4 .冷卻大部份的工業(yè)