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              什么是氮化處理?
              更新時(shí)間:2024-06-12 點(diǎn)擊次數:311次

               氮化處理是指一種在一定溫度下,在一定介質(zhì)中使氮原子滲入工件表層的化學(xué)熱處理工藝。經(jīng)氮化處理的制品具有優(yōu)異的耐磨性、耐疲勞性、耐蝕性及耐高溫的特性。

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              氮化處理簡(jiǎn)介

                     傳統的合金鋼料中的鋁、鉻、釩及鉬元素對滲氮甚有幫助。這些元素在滲氮溫度中,與初生態(tài)的氮原子接觸時(shí),就生成穩定的氮化物。尤其是鉬元素,不僅作為生成氮化物的元素,也可以作為降低在滲氮溫度時(shí)所發(fā)生的脆性。


                    其他合金鋼中的元素,如鎳、銅、硅、錳等,對滲氮特性并無(wú)多大的幫助。一般而言,如果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0.85~1.5%鋁的滲氮結果最佳。針對含鉻的鉻鋼而言,如果有足夠的含量,也可以得到很好的效果。但沒(méi)有含合金的碳鋼,因為其生成的滲氮層很脆,容易剝落,不適合作為滲氮鋼。


                   一般常用的滲氮鋼有六種如下:


                  (1)含鋁元素的低合金鋼(標準滲氮鋼)。


                  (2)含鉻元素的中碳低合金鋼SAE 4100,4300,5100,6100,8600,8700,9800系。


                 (3)熱作模具鋼(含約5%的鉻) SAE H11 (SKD-61)H12,H13。


                 (4)鐵素體及馬氏體系不銹鋼SAE 400系。


                  (5)奧氏體系不銹鋼SAE 300系。


                 (6)析出硬化型不銹鋼17-4PH,17-7PH,A-286等。


                    含鋁的標準滲氮鋼,在氮化后雖可得到很高的硬度及高耐磨的表層,但其硬化層也很脆。相反的,含鉻的低合金鋼硬度較低,但硬化層比較有韌性,其表面也有相當好的耐磨性及耐束性。因此選用材料時(shí),應該注意材料的特征,充分利用其優(yōu)點(diǎn)來(lái)符合零件的功能。至于工具鋼,如H11(SKD61)D2(SKD-11),即有高表面硬度及高心部強度。


                    氮化處理的作用是增加鋼件的耐磨性、表面硬度、疲勞極限和抗蝕能力。




              02

              技術(shù)流程

              滲氮前的零件表面清洗

                    大部分零件,可以使用氣體去油法去油后立刻滲氮。部分零件也需要用汽油清洗比較好,但在滲氮前的最后加工方法中,如果采用拋光、研磨、磨光等,即可能產(chǎn)生阻礙滲氮的表面層,致使滲氮后,氮化層不均勻或發(fā)生彎曲等缺陷。此時(shí)應該采用下列兩種方法之一去除表面層。


                     第一種方法是在滲氮前首先用氣體去油,然后使用氧化鋁粉將表面做噴砂處理(abrasive cleaning) 。


                    第二種方法即將表面加以磷酸皮膜處理(phosphate coating)。


              滲氮爐的排除空氣

                    將被處理的零件置于滲氮爐中,并將爐蓋密封后即可加熱,但加熱至150℃以前須作爐內排除空氣工作。


                    排除爐內空氣的主要作用是防止氨氣分解時(shí)與空氣接觸而產(chǎn)生爆炸性氣體,及防止被處理物及支架的表面氧化。其所使用的氣體有氨氣及氮氣二種。


                    排除爐內空氣的要領(lǐng)如下:


                    ①被處理零件裝妥后將爐蓋封好,開(kāi)始通無(wú)水氨氣,其流量盡量可能多。


                    ②將加熱爐的自動(dòng)溫度控制設定在150℃并開(kāi)始加熱(注意爐溫不能高于150℃)。


                    ③爐中的空氣排除至10%以下,或排出的氣體含90%以上的NH3時(shí),再將爐溫升高至滲氮溫度。


              氨的分解率

                    滲氮是及其他合金元素與初生態(tài)的氮接觸而進(jìn)行,但初生態(tài)氮的產(chǎn)生,即因氨氣與加熱中的鋼料接觸時(shí),鋼料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,但一般皆采用15~30%的分解率,并按滲氮所需厚度至少保持4~10小時(shí),處理溫度即保持在520℃左右。


              冷卻

                    大部分的工業(yè)用滲氮爐均具有熱交換機,以期在滲氮工作完成后加以急速冷卻加熱爐及被處理零件。即滲氮完成后,將加熱電源關(guān)閉,使爐溫降低約50℃,然后將氨的流量增加一倍后開(kāi)始啟開(kāi)熱交換機。此時(shí)需注意觀(guān)察接在排氣管上的玻璃瓶中是否有氣泡溢出,以確認爐內的正壓。等候導入爐中的氨氣后,即可減少氨的流量至保持爐中正壓為止。當爐溫下降至150℃以下時(shí),即使用前面所述的排除爐內氣體法,導入空氣或氮氣后方可啟開(kāi)爐蓋。


                    氣體氮化于1923年由德國AFry發(fā)現,將工件置于爐內,利用NH3直接輸進(jìn)500~550℃的氮化爐內,保持20~100小時(shí),使NH3分解為原子狀態(tài)的氮氣與氫氣,從而進(jìn)行滲氮處理。使鋼的表面產(chǎn)生耐磨、耐腐蝕的化合物層為主要目的,其厚度約為0.02mm,其性質(zhì)為Hv1000~1200,極硬又極脆,NH3的分解率視流量的大小與溫度的高低而有所改變,流量越大則分解度越低,流量越小則分解率越高。溫度越高分解率越高,溫度越低分解率也越低,NH3氣在570℃時(shí)經(jīng)熱分解如下:

              NH→N+ 3/2H2


                    經(jīng)分解出來(lái)的N擴散進(jìn)入鋼的表面形成,缺點(diǎn)為硬化層薄而氮化處理時(shí)間長(cháng)。


                   氣體氮化因為分解NH3進(jìn)行滲氮效率低,故一般均固定選用適用于氮化的鋼種,如含有Al、Cr、Mo等氮化元素,否則氮化無(wú)法進(jìn)行,一般使用有JIS、SACM1、新JIS、SACM645及SKD61的強韌化處理,又稱(chēng)調質(zhì)。因Al、Cr、Mo等均為提高淬火溫度的元素,故淬火溫度高,回火溫度相較于構造用合金鋼高,在氮化溫度長(cháng)時(shí)間加熱之后,發(fā)生回火脆性。故預先施以調質(zhì)強韌化處理。NH3氣體氮化,因為時(shí)間長(cháng)表面粗糙,硬而較脆不易研磨,而且時(shí)間長(cháng)不經(jīng)濟,用于塑膠射出形機的送料管及螺旋桿的氮化。


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