模具鋼滲氮層金相分析

1、我們畢業(yè)啦其實是答辯的標題地方模具鋼滲氮層金相分析第一部分 模具鋼滲氮工藝基礎知識第二部分 模具鋼滲氮層的金相分析CONTANTS第一部分滲氮工藝基礎知識模具鋼滲氮工藝基礎知識1 1、定義、定義滲氮：是在一定溫度下一定介質中使氮原子滲入工件表層的化學熱處理工藝。常見的滲氮方式有：液體滲氮、離子滲氮、氣體滲氮。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，氨氣熱分解產生活性氮原子，不斷吸附到工件表面，并擴散滲入工件表層內，從而改變表層的化學成分和組織，獲得優(yōu)良的表面性能。2 2、原理、原理模具鋼滲氮層的金相分析滲入鋼中的氮由表及里與鐵形成不同含氮量的氮化鐵，同時與鋼中的

2、其它合金元素結合形成各類氮化物。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、耐腐蝕能力等。模具鋼滲氮工藝基礎知識模具鋼滲氮層的金相分析 鐵和氮在不同的條件下可以形成五個相，如右圖： 相。氮在-Fe中的間隙固溶體。相。氮在-Fe中的間隙固溶體即含氮奧氏體。相。成分可變的間隙相。于680以上將發(fā)生分解，并溶于相中。 相。一種成分可變的氮化物，它是以氮化物Fe（23）N為基的固溶體。相。是以Fe2N化合物為基的間隙固溶體。性脆，在500以上轉變?yōu)橄?。圖中有兩個共析反應：+Fe4N（ ）； +模具鋼滲氮工藝基礎知識3 3、氣體滲氮工藝、氣體滲氮工藝氣

3、體滲氮分為三種：等溫滲氮（一段氮化）、二段氮化、三段氮化。氣體滲氮分為三種：等溫滲氮（一段氮化）、二段氮化、三段氮化。1）等溫氮化：模具鋼滲氮層的金相分析工藝路線：鍛造工藝路線：鍛造正（退）火正（退）火粗加工粗加工調質調質精加工精加工去應力退火去應力退火粗磨粗磨氮化（氮化（精磨）。精磨）。 38CrMoAl等溫氮化工藝 前20h是表面形成氮化物階段,采用低氨分解率使表面迅速吸收大量氮原子并使表面形成彌散度大的氮化物提高表面硬度。 第二階段是表層氮原子向內擴散,增加滲層厚度.為了降低氮化層脆性,在氮化結束前2h進行退氮處理,使氮繼續(xù)向內層擴散,以降低表面的氮濃度。 等溫氮化操作簡單、變形小，但氮

4、化時間長，生產效率低，且氮化后表面往往有“白亮層”產出，有時還有疏松層。模具鋼滲氮工藝基礎知識2）二段氮化：模具鋼滲氮層的金相分析 38CrMoAl二段氮化工藝第一階段使工件表面形成彌散度高的氮化物。第二階段加速氮在鋼中的擴散，增加氮化層深度，在第二階段稍提高溫度，氮化物不會顯著聚集長大，因此硬度下降不多，而且可使氮化層的硬度分布趨于平緩。優(yōu)點：可在保證較高硬度的前提下縮短氮化時間，硬度梯度平緩，且可以減薄表面的白亮脆性化合物，因此在生產上廣泛用于要求滲氮層較深的零件，如磨床主軸。模具鋼滲氮工藝基礎知識3）三段氮化：模具鋼滲氮層的金相分析 38CrMoAl三段氮化工藝三段氮化基于二段氮化，特點

5、是提高第二階段的溫度來進一步縮短氮化速度，達到一定的氮化深度后再將溫度降至相當于第一階段的溫度或稍高的溫度繼續(xù)氮化，使表層氮達到最佳濃度，而不致使表面硬度過低。缺點：工藝過程不太容易控制，尤其是在硬度和變形量方面容易出現(xiàn)超差，所以在生產應用上收到一定的限制。表面硬度：等溫氮化二段氮化三段氮化滲氮層深度：三段氮化二段氮化等溫氮化三種氮化工藝所得滲氮層比較：模具鋼滲氮工藝基礎知識模具鋼滲氮層的金相分析RN2-25-6氮化爐氮化爐 第二部分滲氮層的金相分析GB/T 11354-2005 鋼鐵零件滲氮層深度測定和金相組織檢驗模具鋼滲氮工藝基礎知識模具鋼滲氮層的金相分析1 1、滲氮層深度及滲氮層不均勻性

6、、滲氮層深度及滲氮層不均勻性(從表面至與基體組織有明顯分界為止的距離為滲氮層深度）。1）硬度法采用維氏硬度 ，試驗力規(guī)定 2.94N(O.3kgf) ， 從試樣表面測至比基體維氏硬度值高50H V 處的垂直距離為滲氮層深度。2）金相法 鑲樣保護上下兩滲氮面，即滲氮檢測面截面為金相觀察檢測面；預磨拋光并用4%硝酸酒精淺侵蝕（觀察表面變色即可，如不清晰可重復侵蝕）；置于顯微鏡上，用100或者200觀察，上下滲氮層各拍取一張照片；使用測量軟件，每張照片測五個深度，需包括照片中的最大最小深度。模具鋼滲氮工藝基礎知識模具鋼滲氮層的金相分析2 2、滲氮層氮化物檢驗、滲氮層氮化物檢驗將拍完滲氮層深度的樣品放

7、大至500觀察其擴散層氮化物，參照滲氮層氮化物級別圖進行評定 。級別氮化物級別說明1擴散層中有極少量呈脈狀分布的氮化物2擴散層中有少量呈脈狀分布的氮化物3擴散層中有較多呈脈狀分布的氮化物4擴散層中有嚴重脈狀和少量斷紋網狀分布的氮化物5擴散層中有連續(xù)紋網狀分布的氮化物模具鋼滲氮工藝基礎知識模具鋼滲氮層的金相分析3 3、白亮層檢測、白亮層檢測（是指滲氮工件表層的相、相和相或其中的一相或兩相所組成的化合物層，故又稱為化合物層或化合層。因其不易為普通腐蝕劑所著色，在顯微鏡下呈白亮狀態(tài)而得名。其可以提高零件的抗蝕性，但具有一定的脆性，容易造成表面剝落。）將上一步樣品放大至1000，上下白亮層各拍取一張照

8、片；通過測量軟件，每張照片各測取三個白亮層厚度。注：我們做模具鋼滲氮層分析，不一定有白亮層存在，如沒有實驗過程中可省略這一步。模具鋼滲氮工藝基礎知識模具鋼滲氮層的金相分析4 4、脆性等級、脆性等級將完成上述三步的樣品去掉鑲樣層，清洗滲氮面；選取一個氮化面，在維氏硬度計上用10kgf，保荷時間為10s，隨機打三個硬度點；到顯微鏡下放大100觀察此三個硬度點，拍取三張照片并對照標準進行判級。級別級別滲氮層脆性級別說明滲氮層脆性級別說明1 1 壓痕邊角完整無缺壓痕邊角完整無缺2 2 壓痕一邊或一角碎裂壓痕一邊或一角碎裂3 3 壓痕二邊或二角碎裂壓痕二邊或二角碎裂4 4 壓痕三邊或三角碎裂壓痕三邊或三

9、角碎裂5 5 壓痕四邊或四角碎裂壓痕四邊或四角碎裂注：其中2點以上處于相同級別時，才能定級，否則 ，需重復測定1次。模具鋼滲氮工藝基礎知識模具鋼滲氮層的金相分析5 5、顯微硬度、顯微硬度選取一個粗糙度較小的滲氮面，將維氏硬度計設置力值為0.5kgf，保荷時間為15s；每個試樣打取三個硬度值，并做好記錄。模具鋼滲氮工藝基礎知識模具鋼滲氮層的金相分析5 5、檢測中常見問題分析、檢測中常見問題分析1）滲氮層不均勻主要原因有： 裝爐方式不合理；氣壓調節(jié)不當；滲氮處理期間溫度不均勻； 爐內氣流不合理。2）出現(xiàn)脈狀或網狀氮化物其形成機理尚無定論，一般認為與合金元素在晶界偏聚及氮原子的擴散有關。因此，控制合

10、金元素偏聚的措施均有利于減輕脈狀氮化物的形成。工藝參數方面，滲氮溫度越高，保溫時間越長，越易促進脈狀組織的形成，如工件的棱角處，因滲氮溫度相對較高，脈狀組織比其它部位嚴重得多。3）出現(xiàn)較厚白亮層經過研究與實踐，表明白亮層的厚度隨溫度的升高和時間的延長而增加。而白亮層的相組成又與滲氮濃度有很大的關系。 模具鋼滲氮工藝基礎知識模具鋼滲氮層的金相分析4）滲氮層脆性太大產生的原因是：氨分解率過低，氮化溫度偏低，退氮處理不當，工件表面有脫碳層，氨氣水含量高造成脫碳等。補救的辦法是進行一次退氮處理（在滲氮爐內加熱560570，保溫35h，氨分解率控制在70%以上）。5）滲氮層硬度偏低造成硬度偏低的原因通常

11、有： 設備方面：如系統(tǒng)漏氣造成氧化。 材料方面：如材料選擇不合理。 前期熱處理：如基體硬度太低，表面脫碳嚴重等。 工件預處理不徹底：如進爐前的清潔方式及清潔度。 工藝方面：如滲氮溫度過高或過低，時間短或氮濃度不足等等。 6）外觀顏色有差別不同材質的零件經滲氮處理后表面顏色是略有區(qū)別的，零件出爐后首先用肉眼檢查外觀質量，鋼件經滲氮處理后表面通常呈銀灰（藍黑色）色或暗灰色（藍黑色），鈦及鈦合金件表面應呈金黃色。 謝謝！拓展知識 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的負壓容器中，通電后介質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)闊崮埽訜峁ぜ砻嬷了铚囟?。由于離子的轟擊，工件表面產生原子濺射，