幾種熱加工工藝

1、幾種熱加工工藝發(fā)藍【英文名稱】blueing將鋼在空氣中加熱或直接浸于濃氧化性溶液中，使其表面產(chǎn)生極薄的氧化物膜的材料保 護技術(shù)，也稱發(fā)黑。鋼鐵零件的發(fā)藍可在亞硝酸鈉和硝酸鈉的熔融鹽中進行，也可在高溫?zé)?空氣及500r以上的過熱蒸氣中進行，更常用的是在加有亞硝酸鈉的濃苛性鈉中加熱。發(fā)藍 時的溶液成分、反應(yīng)溫度和時間依鋼鐵基體的成分而定。發(fā)藍膜的成分為磁性氧化鐵，厚度 為0.51.5微米，顏色與材料成分和工藝條件有關(guān)，有灰黑、深黑、亮藍等。單獨的發(fā)藍 膜抗腐蝕性較差，但經(jīng)涂油涂蠟或涂清漆后，抗蝕性和抗摩擦性都有所改善。發(fā)藍時，工件 的尺寸和光潔度對質(zhì)量影響不大。故常用于精密儀器、光學(xué)儀器、工具、

2、硬度塊等。金屬“發(fā)藍”藥液采用堿性氧化法或酸性氧化法；使金屬表面形成一層氧化膜，以防止金屬表面被腐蝕，此處 理過程稱為“發(fā)藍”。黑色金屬表面經(jīng)“發(fā)藍”處理后所形成的氧化膜，其外層主要是四氧化三鐵，內(nèi)層為氧化亞鐵。一、堿性氧化法“發(fā)藍”藥液1 .配方：硝酸鈉50100克氫氧化鈉600700克亞硝酸鈉100200克水1000克制法：按配方計量后，在攪拌條件下，依次把各料加入其中，溶解，混合均勻即可。說明：金屬表面務(wù)必洗凈和干燥以后，才能進行“發(fā)籃”處理。金屬器件進行“發(fā)藍”處理條件與金屬中的含碳量有關(guān)，“發(fā)藍”藥液溫度及金屬器件在其 中的處理時間可參考下表。金屬中含碳量工作溫度(C)處理時間(分)

3、開始終止 0.7135-13714310-300.5-0.7135-14015030-500.4142-145153-15540-60 合金鋼 142-145153-15560-90每隔一星期左右按期分析溶液中硝酸鈉、亞硝酸鈉和氫氧化鈉的含量，以便及時補充 有關(guān)成分。一般使用半年后就應(yīng)更換全部溶液。金屬“發(fā)藍”處理后，最好用熱肥皂水漂洗數(shù)分鐘，再用冷水沖洗。然后，又用熱水沖洗， 吹于。二、酸性氧化法“發(fā)藍”藥液配方：磷酸310克硝酸鈣80100克過氧化錳1015克水1000克制法：按配方計量后，在不斷攪拌條件下，依次把磷酸、過氧化錳和硝酸鈣加入其中， 溶解，混合均勻即可。說明：金屬器件先經(jīng)洗凈

4、和干燥后才能進行“發(fā)藍”處理。此法所得保護膜呈黑色，其主要成分是由磷酸鈣和鐵的氧化物所組成，其耐腐能力和 機械強度均超過堿性氧化法所得的保護膜。“發(fā)藍”工作溫度為100C，處理時間為4045分鐘。在處理碳素鋼時，藥液中磷酸含量 控制在35克/升；處理合金鋼或鑄鋼時，磷酸含量控制在510克/升。應(yīng)注意定期分 析藥液磷酸的含量?！鞍l(fā)藍”處理后金屬器件的清洗方法同上。滲氮又稱氮化，是指向鋼的表面層滲入氮原子的過程。其目的是提高表面層的硬度與耐磨性以及 提高疲勞強度、抗腐蝕性等。目前生產(chǎn)中多采用氣體滲氮法。nitriding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

5、器中，通以流動的氨氣并加熱，保溫較長時間后，氨氣熱分解產(chǎn)生活性氮原子，不斷吸附到 工件表面，并擴散滲入工件表層內(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。 如果在滲氮過程中同時滲入碳以促進氮的擴散，則稱為氮碳共滲。鋼鐵滲氮的研究始于20 世紀初，20年代以后獲得工業(yè)應(yīng)用。最初的氣體滲氮，僅限于含鉻、鋁的鋼，后來才擴大 到其他鋼種。從70年代開始，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 和工件也日益擴大，成為重要的化學(xué)熱處理工藝之一。滲入鋼中的氮一方面由表及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、氮化鉻。這些氮化物具有很

6、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、疲勞強度、抗咬合性、 抗大氣和過熱蒸汽腐蝕能力、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，但由于心部硬度較低，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 用于38CrMnAc等滲氮鋼。滲氮后工件表面硬度可達HV8501200。滲氮溫度低，工件畸 變小，可用于精度要求高

7、、又有耐磨要求的零件，如鏜床鏜桿和主軸、磨床主軸、氣缸套筒 等。但由于滲氮層較薄，不適于承受重載的耐磨零件。氣體參氮可采用一般滲氮法（即等溫滲氮）或多段（二段、三段）滲氮法。前者是在整 個滲氮過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%,保溫時間近80小時。這種工藝適用于滲層淺、畸變要求嚴、硬度要求高的零件， 但處理時間過長。多段滲氮是在整個滲氮過程中按不同階段分別采用不同溫度、不同氨分解 率、不同時間進行滲氮和擴散。整個滲氮時間可以縮短到近50小時，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55070

8、0C之間，保溫0.53小時，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、過熱蒸 汽、氣體燃燒產(chǎn)物等的腐蝕。正常的氣體滲氮工件，表面呈銀灰色。有時，由于氧化也可能呈藍色或黃色，但一般不 影響使用。離子滲氮 又稱輝光滲氮，是利用輝光放電原理進行的。把金屬工件作為陰極放入通 有含氮介質(zhì)的負壓容器中，通電后介質(zhì)中的氮氫原子被電離，在陰陽極之間形成等離子區(qū)。 在等離子區(qū)強電場作用下，氮和氫的正離子以高速向工件表面轟擊。離子的高動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊?能，加熱工件表面至所需溫度。由于離子的轟擊，工件表面產(chǎn)生原子濺射，因而得到凈化， 同時由于吸附和擴散作用，氮遂滲入工件表面。與一般

9、的氣體滲氮相比，離子滲氮的特點是：可適當(dāng)縮短滲氮周期；滲氮層脆性??； 可節(jié)約能源和氨的消耗量；對不需要滲氮的部分可屏蔽起來，實現(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，已用于機床絲桿、齒輪、模具等工件。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 主要滲入氮的同時也滲入碳。碳滲入后形成的微細碳化物能促進氮的擴散，加快高氮化合物 的形成。這些高氮化合物反過來又能提高碳的溶解度。碳氮原子相互促進便加快了滲入速度。 此外，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

10、好，硬度高，耐磨，耐 蝕，抗咬合。常用的氮碳共滲方法有液體法和氣體法。處理溫度530570C，保溫時間13小時。 早期的液體鹽浴用氰鹽，以后又出現(xiàn)多種鹽浴配方。常用的有兩種：中性鹽通氨氣和以尿素 加碳酸鹽為主的鹽，但這些反應(yīng)產(chǎn)物仍有毒。氣體介質(zhì)主要有：吸熱式或放熱式氣體（見可 控氣氛）加氨氣；尿素?zé)岱纸鈿?；滴注含碳、氮的有機溶劑，如甲酰胺、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 單，投資少，易操作，時間短和工件畸變小，有時還能給工件以美觀的外表。滲碳滲碳（carburizing/carburizatioii滲碳是指使碳原子滲入到鋼表面層的過程。

11、也是使低碳鋼的工件具有高碳鋼的表面層， 再經(jīng)過淬火和低溫回火，使工件的表面層具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持 著低碳鋼的韌性和塑性。滲碳工件的材料一般為低碳鋼或低碳合金鋼（含碳量小于0.25%）。滲碳后，鋼件表面的 化學(xué)成分可接近高碳鋼。工件滲碳后還要經(jīng)過淬火，以得到高的表面硬度、高的耐磨性和疲 勞強度，并保持心部有低碳鋼淬火后的強韌性，使工件能承受沖擊載荷。滲碳工藝廣泛用于 飛機、汽車和拖拉機等的機械零件，如齒輪、軸、凸輪軸等。滲碳工藝在中國可以上溯到2000年以前。最早是用固體滲碳介質(zhì)滲碳。液體和氣體滲 碳是在20世紀出現(xiàn)并得到廣泛應(yīng)用的。美國在20年代開始采用轉(zhuǎn)筒爐進行氣體滲

12、碳。30 年代，連續(xù)式氣體滲碳爐開始在工業(yè)上應(yīng)用。60年代高溫（9601100C）氣體滲碳得到發(fā) 展。至70年代，出現(xiàn)了真空滲碳和離子滲碳。原理滲碳與其他化學(xué)熱處理一樣，也包含3個基本過程。分解滲碳介質(zhì)的分解產(chǎn)生活性碳原子。吸附活性碳原子被鋼件表面吸收后即溶到表層奧氏體中，使奧氏體中含碳量增加。擴散表面含碳量增加便與心部含碳量出現(xiàn)濃度差，表面的碳遂向內(nèi)部擴散。碳在鋼中的擴散 速度主要取決于溫度，同時與工件中被滲元素內(nèi)外濃度差和鋼中合金元素含量有關(guān)。滲碳零件的材料一般選用低碳鋼或低碳合金鋼（含碳量小於0.25%）。滲碳后必須進行淬火 才能充分發(fā)揮滲碳的有利作用。工件滲碳淬火后的表層顯微組織主要為高硬度的馬氏體加上 殘余奧氏體和少量碳化物，心部組織為韌性好的低碳馬氏體或含有非馬氏體的組織，但應(yīng) 避免出現(xiàn)鐵素體。一般滲碳層深度范圍為0.81.2毫米，深度滲碳時可達2毫米或更深。 表面硬度可達HRC5863，心部硬度為HRC3042。滲碳淬火后，工件表面產(chǎn)生壓縮內(nèi) 應(yīng)力，對提高工件的疲勞強度