金屬熱處理中滲氮工藝常識

1、金屬熱處理中滲氮工藝常識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，通以流動的氨氣并加熱，保溫較長時間后,氨氣熱分解筐生活性氮原子，不斷吸附到工件表面，并擴散滲入工件表層內(nèi)，從而改變表層的化學成分和組織，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。鋼鐵滲氮的研究始於20世紀初，20年代以后獲得工業(yè)應用。最初的氣體滲氮，僅限於含銘、鋁的鋼，后來才擴大到其他鋼種。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大，成為重要的化學熱處理工藝之一。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。這種工藝適用於滲層淺、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探用不同溫度、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

4、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550700c之間,保溫0.53小時，氨分解率為3570%,工件表層可獲得化學穩(wěn)定性高的化合物層，防止工件受濕空氣、過熱蒸汽、氣體燃燒崖物等的腐蝕。正常的氣體滲氮工件，表面呈銀灰色。有時,由於氧化也可能呈藍色或黃色，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，同時由於吸附和擴散作用，氮遂滲入工件表面。與一般的氣體滲氮相比，離子滲氮的特點是：可適當縮短滲氮遇期；滲氮層脆性?。豢晒?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，已用於機床絲桿、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

6、原子相互促進便加快了滲入速度。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,保溫時間13小時常用的有兩種：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，但這些反應崖物仍有毒。體（見可控氣氛）加氨氣；尿素熱分解氣；滴注含碳、氮的有機溶劑，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。*滲氮又稱氮化，指使

7、氮原子滲入鋼鐵工件表層內(nèi)的化學熱處理工藝，其目的是提高零件表面硬度和耐磨性，以及提高疲憊強度和抗腐蝕性。它是利用氨氣在加熱時分解生活性氮原子，被零件吸收后在其表面形成氮化層，同時向心部擴散。氮化通常利用專門設備或井式滲氮爐來進行。氣體滲氮在1923年左右，由德國人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，已成為重要的化學熱處理工藝之一，廣泛應用于機械

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、機及鋁元素在滲氮過程中，與初生態(tài)的氮原子接觸時，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，還能降低在滲氮時所產(chǎn)生的脆性。其他合金鋼中的元素，如銀、銅、硅、鎰等，對滲氮特性并無多大的幫助。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。其中鋁是最強的氮化物元素，含有0.851.5%鋁的滲氮結果最佳，假如有足夠的銘含量，亦可得到很好的效果，沒有含合金的碳鋼，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氣兩種氣體，防止氨氣分解時與空氣接觸而發(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)的氮接觸而進行（初生態(tài)氮的產(chǎn)生，由氨氣與加熱中的零件接觸時零件本身成為觸媒而促進氨的分解），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，處理溫度保持在520c左右。4 .冷卻大部份的工業(yè)