金属热处理:渗氮

作者：bearingpower        发表时间：2010-12-12

金属热处理:渗氮关键字：渗氮 使氮原子渗入钢铁工件表层内的化学热处理工艺。传统的气体渗氮是把工件放入密封容器中?通以流动的氨气并加热?保温较长时间后?氨气热分解?生活性氮原子?不断吸附到工件表面?并扩散渗入工件表层内?从而改变表层的化学成分和组织?获得优良的表面性能。如果在渗氮过程中同时渗入碳以促进氮的扩散?则称为氮碳共渗。钢铁渗氮的研究始於20世纪初?20年代以后获得工业应用。最初的气体渗氮?仅限於含铬?铝的钢?后来才扩大到其他钢种。从70年代开始?渗氮从理论到工艺都得到迅速发展并日趋完善?适用的材料和工件也日益扩大?成为重要的化学热处理工艺之一。 渗入钢中的氮一方面由表及?与铁形成不同含氮量的氮化铁?一方面与钢中的合金元素结合形成各种合金氮化物?特别是氮化铝?氮化铬。这些氮化物具有很高的硬度?热稳定性和很高的弥散度?因而可使渗氮后的钢件得到高的表面硬度?耐磨性?疲劳强度?抗咬合性?抗大气和过热蒸汽腐蚀能力?抗回火软化能力?并降低缺口敏感性。与渗碳工艺相比?渗氮温度比较低?因而畸变小?但由於心部硬度较低?渗层也较浅?一般只能满足承受轻?中等载荷的耐磨?耐疲劳要求?或有一定耐热?耐腐蚀要求的机器零件?以及各种切削刀具?冷作和热作模具等。渗氮有多种方法?常用的是气体渗氮和离子渗氮。 气体渗氮一般以提高金属的耐磨性为主要目的?因此需要获得高的表面硬度。它适用於38CrMnAc等渗氮钢。渗氮后工件表面硬度可达HV850～1200。渗氮温度低?工件畸变小?可用於精度要求高?又有耐磨要求的零件?如?床?杆和主轴?磨床主轴?气缸套筒等。但由於渗氮层较薄?不适於承受重载的耐磨零件。 气体参氮可?用一般渗氮法(即等温渗氮)或多段(二段?三段)渗氮法。前者是在整个渗氮过程中渗氮温度和氨气分解率保持不变。温度一般在480～520℃之间?氨气分解率为15～30％?保温时间近80小时。这种工艺适用於渗层浅?畸变要求严?硬度要求高的零件?但处理时间过长。多段渗氮是在整个渗氮过程中按不同阶段分别?用不同温度?不同氨分解率?不同时间进行渗氮和扩散。整个渗氮时间可以缩短到近50小时?能获得较深的渗层?但这样渗氮温度较高?畸变较大。 还有以抗蚀为目的的气体渗氮?渗氮温度在 550～700℃之间?保温0.5～3小时?氨分解率为35～70％?工件表层可获得化学稳定性高的化合物层?防止工件受湿空气?过热蒸汽?气体燃烧?物等的腐蚀。 正常的气体渗氮工件?表面呈银灰色。有时?由於氧化也可能呈蓝色或黄色?但一般不影响使用。 离子渗氮又称辉光渗氮?是利用辉光放电原理进行的。把金属工件作为阴极放入通有含氮介质的负压容器中?通电后介质中的氮氢原子被电离?在阴阳极之间形成等离子区。在等离子区强电场作用下?氮和氢的正离子以高速向工件表面轰击。离子的高动能转变为热能?加热工件表面至所需温度。由於离子的轰击?工件表面?生原子溅射?因而得到净化?同时由於吸附和扩散作用?氮遂渗入工件表面。 与一般的气体渗氮相比?离子渗氮的特点是?①可适当缩短渗氮?期?②渗氮层脆性小?③可节约能源和氨的消耗量?④对不需要渗氮的部分可屏蔽起来?实现局部渗氮?⑤离子轰击有净化表面作用?能去除工件表面钝化膜?可使不锈钢?耐热钢工件直接渗氮。⑥渗层厚度和组织可以控制。离子渗氮发展迅速?已用於机床丝杆?齿轮?模具等工件。 氮碳共渗又称软氮化或低温碳氮共渗?即在铁-氮共析转变温度以下?使工件表面在主要渗入氮的同时也渗入碳。碳渗入后形成的微细碳化物能促进氮的扩散?加快高氮化合物的形成。这些高氮化合物反过来又能提高碳的溶解度。碳氮原子相互促进便加快了渗入速度。此外?碳在氮化物中还能降低脆性。氮碳共渗后得到的化合物层韧性好?硬度高?耐磨?耐蚀?抗咬合。 常用的氮碳共渗方法有液体法和气体法。处理温度530～570℃?保温时间1～3小时。早期的液体盐浴用氰盐?以后又出现多种盐浴配方。常用的有两种?中性盐通氨气和以尿素加碳酸盐为主的盐?但这些反应?物仍有毒。气体介质主要有?吸热式或放热式气体(见可控气氛)加氨气?尿素热分解气?滴注含碳?氮的有机溶剂?如甲醯胺?三乙醇胺等。 氮碳共渗不仅能提高工件的疲劳寿命?耐磨性?抗腐蚀和抗咬合能力?而且使用设备简单?投资少?易操作?时间短和工件畸变小?有时还能给工件以美观的外表。