氮化工藝的制定

(1)滲氮前的熱處理 工件在滲氮前最適宜的預先熱處理是調質處理，得到的回火索氏體組織是滲氮層的最佳基體組織，必須注意調質后不允許有游離鐵素體存在，否則將引起滲氮層脆性剝落。 調質回火溫度越高，隨后的滲氮層深度越深，但心部及滲氮層的硬度較低；回火溫度越低，則滲氮層深度越淺，心部及滲氮層的硬度越高。因此，必須選用適當的調質回火溫度，使心部及表面滲氮層都能達到規定的要求。 對于形狀復雜的精密工件，在滲氮之前應進行1～2次去應力處理（也稱穩定回火）以減小滲氮過程中的變形。處理溫度高于滲氮溫度，但低于調質回火溫度，以免降低硬度。一般情況保溫8～10h，隨后冷至300℃后出爐空冷。對形狀簡單精密度要求不太高的工件，可不進行去應力處理。 (2)滲氮前的準備 ①工件裝爐前要用汽油或酒精進行去油、去污處理，工件表面不允許有銹蝕及臟物。
　?、诜罎B處理對工件上不需滲氮部位進行防滲處理。
　?、垲A留加工余量，工件在預先熱處理前應有足夠的加工余量，以便在滲氮前機加工過程中能將脫碳層全部去除。
　?、馨卜旁嚇?，在滲氮爐中放置預先加工好的、與工件同材料并經過同樣預先熱處理的試樣，以便于檢查滲氮層深度、表面硬度及金相組織等。 (3)滲氮介質及設備 滲氮介質用氨氣，含水分量小于0.2%，氨氣的干燥罐，每開爐2～3次清理一次，烘干或更換干燥劑。滲氮通常在專門的滲氮爐中進行，或井式氣體滲碳爐中進行。 (4)滲氮工藝參數的選擇 ①滲氮溫度：一般說來，強化滲氮的溫度選在500～530℃。
　　滲氮溫度高，氮化物彌散度越小，滲氮層硬度低。溫度超過595℃，則氮化物強烈聚集長大，表面硬度顯著下降。相同的滲氮時間內，滲氮溫度越高，工件變形越大，心部的強度也隨之降低。滲氮溫度過低，滲氮速度慢。 ②滲氮時間：滲氮溫度一定時，滲氮層的深度決定于滲氮保溫時間，不同的滲氮溫度和時間對滲氮層深度和硬度的影響是不同的。
　　 滲氮層深度總是隨時間的增加而增加，開始增加的速度較快，隨后就越來越慢了。由于鋼中的合金元素對氮在鋼中的擴散速度有影響，所以不同的鋼種需要的滲氮時間是不同的，需經具體實驗后方可確定。 在510℃氮化的38CrMoAlA鋼，滲層深度≤0.4mm時，氮化速度是0. 01～0. 015mm／h;當深度在0.4～0.7mm肘，氮化速度是0. 005mm/h。 ③氨分解率：在某一溫度下，分解的氮、氫混合氣體占爐氣中氣體體積的百分比，即表示了爐內氮的分解程度，影響氨分解率大小的因素主要是滲氮溫度、氨氣的流量、進氣與排氣的壓力、工件的表面狀態及有無催化劑等。 滲氮溫度升高，氨分解率增大。滲氮時氨的分解率要控制在一定的范圍內。分解率過小時(5%～10%)，鋼吸收氮的能力下降；分解率過大(>80%)時，由于爐中氫氣濃度過高，吸附在工件表面反而妨礙氮的滲入，鋼的吸氮能力也下降。在某一滲氮溫度下，氨的分解率有一合適范圍。 氨的分解率是通過調整氨的流量來控制，氨流量越大，爐內停留時間越短，則分解率越低。反之，分解率越高。 升溫階段通入氨氣量，將流量調至15～100L/s（視具體情況酌定），使進氣壓力達到20～40mm油柱。然后將爐溫升至200～250℃，保溫1～3h，用氨氣將氮化罐和管道中的空氣排出。當測得氨分解率為零，表明氮化罐內空氣已被排盡時，才允許繼續升溫。這時便可把氨氣流量調整到維持爐內有一定的正壓，保證零件不被氧化即可。 ④冷卻：當保溫結束后，對一般零件隨爐冷至450℃以下，便可加快冷卻速度。但對變形要求嚴格的零件需待隨爐冷至200℃以下出爐。在降溫階段，仍需繼續通氨，來維護罐內有一定正壓，以防空氣迸罐使零件表面產生氧化。 ⑤滲氮件的質量檢驗：質量檢驗滲氮工件項目主要有外觀、滲氮層深度、硬度、脆性、工件變形及金相組織等。 外觀表面應呈均勻的銀灰色而無光澤，不應出現氧化色和局部亮點。滲氮層硬度常用表面洛氏硬度計(HRN)或維氏硬度計(HV)檢驗滲氮層硬度。滲氮后的心部硬度可用洛氏硬度計檢查。 (5)常用滲氮方法 根據工件所用鋼材和技術條件不同，可采用不同的滲氮方法，常用的有等溫滲氮法、二段滲氮法和三段滲氮法。以38CrMoAl鋼氮化深度0.4～0.6mm，表面硬度≥900HV為例。 ①等溫滲氮：等溫滲氮又稱一段滲氮法。是在一個恒定的溫度下(480～530℃)進行長時間滲氮的過程。第一階段保溫15～20h，控制氨分解率在低限(18%-25%)，以便獲得高硬度表面層。第二階段是表層氮原子向內擴散，氨分解率可提高為30%～40%，保溫60h左右。為降低滲氮層的脆性和硬度，可在滲氮結束前2～3h進行退氮處理，氨分解率控制在70%以上，并適當提高退氮溫度至560～570℃。 等溫滲氮溫度低，工件變形小，但滲氮周期太長，表面易產生脆性層。適用于滲氮深度淺，尺寸精密、硬度要求高的工件。 ②二段滲氮法：第一階段除保溫時間外，其他參數與等溫滲氮工藝相同。第二階段把滲氮溫度提高到550～560℃，以加速氮原子的擴散，縮短滲氮周期，氨分解率提高到40%～60%，結束前也應提高氨分解率和溫度進行退氮處理。 二段滲氮法表面硬度略低，變形略有增大，但滲氮速度比等溫滲氮快，適用于要求較深滲氮層、批量較大工件。 ③三段滲氮法：這是在二段滲氮法基礎上發展起來的。其特點是適當提高第一二階段的溫度及氨分解率，加快滲氮過程，同時增加較低溫度的第三階段，以保證表面含氮量而提高表面硬度。三段滲氮能進一步提高滲氮速度，但變形量較大，表面脆性也較大。只適宜較粗、短的結構零件。 本文參考《熱處理工藝問答》一書。 相關鏈接 THIF-511快速光亮淬火油
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