中文--滲氮和氮碳共滲DIN17022-4

1、鐵素體材料的熱處理第4部分：滲碳和氮碳共滲處理DINh70224ICS 25.200warmebehandbng von E)sen,werkstoffen - Vertahren der warmeoeeiandlung - Ted 4: Mtneren unotrocartiuneren 本標(biāo)準(zhǔn)與目前國際標(biāo)準(zhǔn)化組織所出版的通用標(biāo)準(zhǔn)一致，標(biāo)準(zhǔn)中通篇使用逗號(hào)來表示小數(shù)點(diǎn)。目錄頁數(shù)前者 21 范圍22 參考標(biāo)準(zhǔn)23 概念24 方法原理24.1 滲氮24.2 氮碳共滲25 滲氮和氮碳共滲的目的26 熱處理?xiàng)l件的識(shí)別37 程序37.1 預(yù)處理和準(zhǔn)備37.2 熱處理溫度47.3 滲氮57.4 氮碳共滲

2、77.5 冷卻/淬火77.6 二次處理78熱處理介質(zhì)78.1 滲氮媒介78.2 氮碳共滲媒介88.3 冷卻劑和淬火劑89滲氮和氮碳共滲891對(duì)表面結(jié)構(gòu)的影響89.2 對(duì)硬度的影響109.3 對(duì)形狀和尺寸的影響1110熱處理設(shè)備1110.1 總則1110.2 滲氮和氮碳共滲設(shè)備1110.3冷卻和淬火裝置1211滲氮和氮碳共滲產(chǎn)品的測(cè)試1212校正1213熱處理設(shè)計(jì)1214熱處理產(chǎn)品中的缺陷13參考文獻(xiàn)16第2頁共16頁本文件通過DINSprachendiensl.翻譯而來.如對(duì)內(nèi)容有所強(qiáng)宓.應(yīng)參考本文件的最初附本鎊ift版.前言此標(biāo)準(zhǔn)由材料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)編制。1 .范圍此標(biāo)準(zhǔn)描述了熱處理滲氮法和

3、氮碳共滲法，專門介紹了軋鋼、鑄鋼、鑄鐵或鋼粉壓制品 的熱處理滲氮法和氮碳共滲法。2 .參考標(biāo)準(zhǔn)本標(biāo)準(zhǔn)包括有標(biāo)注日期的參考標(biāo)準(zhǔn)和沒有標(biāo)注日期的參考標(biāo)準(zhǔn)，以及以前出版的其他參 考標(biāo)準(zhǔn)。本標(biāo)準(zhǔn)所引用的這些規(guī)范參考標(biāo)準(zhǔn)附在本文的特定位置，這些參考標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)題列在 下文中。對(duì)于有標(biāo)注日期的參考標(biāo)準(zhǔn)，在有增補(bǔ)版和修訂版的情況下，只采用該標(biāo)準(zhǔn)中增補(bǔ) 或修訂版的標(biāo)準(zhǔn)。而對(duì)于沒有注明日期的參考標(biāo)準(zhǔn)，采用參考最新的公布版本。DIN 6773,鐵索體材料的熱處理熱處理零件和圖紙標(biāo)識(shí)及涵義DIN 17014-3鐵索體材料的熱處理一一熱處理工序的代表符號(hào)DIN 17022-1鐵素體材料的熱處理一一淬硬和回火DIN 170

4、22-2鐵索體材料的熱處理一一熱處理方法-硬化和回火的工具DIN 17023鐵素體材料的熱處理一一熱處理工序表格一一定單（WBA）DIN 17052熱處理爐一一有關(guān)均勻溫度的要求DIN 17211滲氮鋼一一技術(shù)處理規(guī)范DIN 50133 *氏統(tǒng)度測(cè)火一HV 0.2 to HV 100DIN 50190-3滲氮后熱處理零件的有效滲銳深度的確定DIN EN 10052鐵素體產(chǎn)品的熱處理術(shù)語的詞匯ISO4516:1980金屈鍍層和相關(guān)鍍層-維氏（Vickers）微硬度測(cè)試和努氏（Knoop）微硬度測(cè)試 ISO/DIS 4516： 1999金屬鍍層和相關(guān)鍍層-維氏微硬度測(cè)試和努氏微硬度測(cè)試3 .概念為

5、了便于使用本標(biāo)準(zhǔn)，將熱處理術(shù)語列在DIN EN 10052中4 .方法原理4.1 滲氮滲氮是將氮滲入到鐵素體產(chǎn)品的表層，雖然，離子滲氮表層主要成分是氮，但在標(biāo)準(zhǔn)大 氣壓下，通常的氮成分中存有氨。所以，熱處理操作時(shí)的溫度要低于氮鐵共析體的溫度， 最好是在480C和550之間，并且持續(xù)處理若干小時(shí)至幾天。通常在完成整個(gè)處理后，將 產(chǎn)品放在氣態(tài)介質(zhì)，或液體介質(zhì)中冷卻至室溫。如果滲氮?jiǎng)┲泻醒酰诉^程就稱為氮氧共滲，如果存在硫，就稱其為氮硫共滲。滲氮處理主要用于鐵合金產(chǎn)品。4.2 氮碳共滲氮碳共滲是將氮和碳導(dǎo)入到鐵產(chǎn)品的表層。雖然也可以使用離子體，但是多數(shù)處理介質(zhì) 是使用鹽浴、氣蒸或噴粉。此熱處理操作

6、的溫度最好在570C和580C之間，并要持續(xù)幾分 鐘到幾個(gè)小時(shí)。在完成整個(gè)處理過程以后，將產(chǎn)品放在氣態(tài)介質(zhì)中冷卻，或在液態(tài)中淬火, 此過程稱之為熟化。如果氮碳共滲介質(zhì)中含有氧，則此過程稱為氧基碳氮共滲，而如果氮碳共滲介質(zhì)中含有 硫，則稱為硫化共滲。氮碳共滲用來處理鐵合金產(chǎn)品和非鐵合金產(chǎn)品。5 .滲氮和氮碳共滲的目的滲氮和氮碳共滲用來增強(qiáng)鐵制品的疲勞強(qiáng)度和抗腐蝕性能。滲氮主要用于合金鋼，尤其 用在DIN17211中規(guī)定的所謂滲氮鋼中，其生成的堅(jiān)硬表面，在增強(qiáng)產(chǎn)品抗疲勞強(qiáng)度的同時(shí), 還具有耐磨損性，抵抗由于粘附磨粒和滾動(dòng)損傷所引起的不良后果。經(jīng)過氮碳共滲的產(chǎn)品化合物表層富含氮和碳，可降低摩擦系數(shù)，

7、使之耐磨損和抗腐蝕。6 .熱處理?xiàng)l件的識(shí)別按照DIN6773中的規(guī)定，要在圖紙中標(biāo)出熱處理?xiàng)l件。所進(jìn)行的滲氮或氮碳共滲工序，要使用DIN 17023中規(guī)定的“WBA”格式，或執(zhí)行“熱處 理計(jì)劃”（WBP）中規(guī)定。使用DIN170143標(biāo)準(zhǔn)中表述熱處理方法的符號(hào)。7 .程序7.1 預(yù)處理和準(zhǔn)備為確保實(shí)現(xiàn)滿意的表面狀況，應(yīng)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行預(yù)處理，并作好準(zhǔn)備工作。確保殘余應(yīng)力不 影響熱處理過程，另外，為達(dá)到理想的熱處理效果，應(yīng)作局部熱處理。7.1.1 預(yù)處理711.1應(yīng)力釋放如有殘余應(yīng)力（加工所致），在熱處理過程中會(huì)使產(chǎn)品變形，建議在高于處理溫度30C 時(shí)進(jìn)行應(yīng)力釋放。雖然，為應(yīng)付任何意想不到的全部消除變

8、化（例如：脫碳）對(duì)表層的影響, 應(yīng)留有足夠大的余量，但是，還要通過隨后的加工，來矯正任何應(yīng)力釋放導(dǎo)致的變形。應(yīng)力釋放的溫度應(yīng)接近于材料熱處理時(shí)的轉(zhuǎn)換溫度Acl,但又不能超過它。對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行 淬火和回火時(shí)，為了保持強(qiáng)度，此時(shí)轉(zhuǎn)換溫度Acl應(yīng)低于回火溫度，這樣在加熱階段就無 需超過三十分鐘的保溫時(shí)間。應(yīng)緩慢操作加熱和冷卻，以避免形成新的殘余應(yīng)力。如果再結(jié)晶會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)晶粒粗大的風(fēng)險(xiǎn)，那么，冷加工產(chǎn)品就不進(jìn)行應(yīng)力釋放，但要正 火處理。7.1.1.2 正火可以通過正火釋放未處理產(chǎn)品的殘余應(yīng)力，同時(shí)轉(zhuǎn)換顯微組織。如此作法可以避免關(guān)鍵 區(qū)域的晶粒粗大。應(yīng)選取鋼廠的技術(shù)規(guī)范或其它標(biāo)準(zhǔn)文件中的正火參數(shù)（溫度、持續(xù)

9、時(shí)間和冷卻）。7.1.1.3 淬火和回火為了得到理想強(qiáng)度的產(chǎn)品，有必要在滲氮和氮碳共滲處理前對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行淬火和回火。淬 火和回火程序參見DIN 17022-1中和DIN 17022-2中的相關(guān)規(guī)程?；鼗饻囟葢?yīng)比滲氮和氮碳共滲溫度高約30o值得注意的是，回火溫度和時(shí)間影響著 外形硬度。為了確保在淬火和回火期間產(chǎn)品表而表層（脫碳或氧化）所發(fā)生的任何變化不會(huì)對(duì)隨后 的處理過程產(chǎn)生負(fù)面影響，應(yīng)在下一步處理之前，對(duì)產(chǎn)品表面進(jìn)行加工。可以預(yù)測(cè)經(jīng)過數(shù)小時(shí)的滲氮或氮碳共滲處理后，在產(chǎn)品心部達(dá)到的硬度和強(qiáng)度將取決于 材料的耐回火特性。7.1.2準(zhǔn)備車削或切除殘余物（例如，氧化層和殘余的冷卻潤滑劑、清潔劑或防腐劑）

10、，因?yàn)樗鼈?會(huì)極大地妨礙氮的吸收，尤其在進(jìn)行氣態(tài)滲氮或氮碳共滲時(shí)，它們的影響更大。另外，碎屑、 毛刺、鐵銹、水垢和非鐵金屬會(huì)改變鹽浴液的化學(xué)成分，從而阻礙它們的效用。因此，在進(jìn) 行滲氮或氮碳共滲處理之前，需要根據(jù)表而臟污程度和要求的質(zhì)量等級(jí)，先對(duì)產(chǎn)品徹底清潔 或另外處理。清潔處理后，要烘干各產(chǎn)品和其夾具。清洗之前，要卸除塞孔或螺紋孔中的螺栓和螺釘。出于安全考慮，內(nèi)有中空密封間隔的 零件不能進(jìn)行滲氮或氮碳共滲處理。7.1.2.1 清洗清潔產(chǎn)品時(shí)，不但要將所有的表而殘余物清洗掉（例如：冷卻潤滑劑、防腐劑、水垢、 鐵銹、著色劑或助熔劑），而且還要將附著的碎屑、滾軋皮或鑄造皮去掉。清洗的方法包括 沖洗

11、、修整（去毛刺）、浸泡和氧化等。滲碳和氮碳共滲處理7.1.2.1.1 清洗一般情況下，用加有適宜清潔劑的熱水清洗產(chǎn)品。為確保表而完全潔凈，可能需要在 清洗之前進(jìn)行表面水-噴丸清理或超聲波清理。清洗之后，要使產(chǎn)品徹底涼干。因?yàn)檫@時(shí)把它們放入爐內(nèi)，其上面的任何一點(diǎn)水分都 會(huì)在加熱過程中導(dǎo)致壓力升高。此外，未充分干燥的產(chǎn)品會(huì)在進(jìn)行碳氮共滲時(shí)引起鹽浴中噴 發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)。7.1.2.1 . 2 修邊可用噴丸、化學(xué)處理或熱清理等修邊方法清除加工時(shí)出現(xiàn)的毛刺。注意，熱修邊工藝 會(huì)使產(chǎn)品表面氧化，而化學(xué)工藝又致使材料與電解溶液發(fā)生反應(yīng)，因此，這兩種工藝都會(huì)阻 礙氮的吸收。在清除附著碎屑時(shí)，應(yīng)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行退磁處理。7

12、.1.2.13 噴丸清理可用含有適宜清潔劑的干或濕兩種噴丸去除毛刺、鱗皮，以及軋制、鍛造或鑄造表皮、 著色劑和殘留助熔劑。為了避免降低氮的吸收，在噴丸清理之后，應(yīng)完全清除噴丸介質(zhì)。 7.1.2.1.4 酸洗在滲氮之前，有必要激活合金鋼制品的表面。酸洗，尤其是氣體滲氮之前的酸洗，已證 明特別有用。離子滲氮或離子碳氮共滲之前的濺蝕與之有類似的效果。酸洗適合清除銹蝕、 軋制、鍛造或鑄造表皮。需要注意的是，由于酸洗殘余物會(huì)引起銹蝕，因此必須完全清除它們。此外，過度酸洗會(huì)致 使表層出現(xiàn)凹點(diǎn)。7.1.2.14 5預(yù)氧化已在某些情況中證明，在氣體滲氮破氮共滲之前，局部表面的氧化很有用。這樣就能用 熱處理的方

13、法清潔表面，同時(shí)還能激活表而，從而提高滲氮能力。在非合金鋼或低合金鋼中， 推薦的氧化溫度為300C,而高合金鋼中的溫度為400至500o7.1.2.2 局部滲氮/碳氮共滲的準(zhǔn)備如果產(chǎn)品的特定區(qū)域不需要滲氮或碳氮共滲處理，則處理方式為：- 包含加工余量，之后將其去除- 利用保護(hù)層（如：膠，電鍍銅、銀或錫鍍層）將之覆蓋。如果在鹽浴中進(jìn)行碳氮共滲，只 可使用銀鍍層。- 給規(guī)定區(qū)域加裝保護(hù)套（如：在軸端上加裝軸套），這樣處理時(shí)只對(duì)離子滲氮或離子碳氮共 滲體區(qū)有效。在處理過程中，未暴露區(qū)域只能經(jīng)受熱量變化。暴露區(qū)域和未暴露區(qū)域之間過渡區(qū)的寬度取決于表面保護(hù)措施和所使用的滲氮或碳氮共滲 方法。由于即使僅僅

14、是擰緊一下氮化的螺釘或螺栓，它們也會(huì)斷裂，因此，應(yīng)避免螺紋經(jīng)受 滲氮/碳氮共滲處理。7.1.2.3 產(chǎn)品安排應(yīng)按下列方法安排產(chǎn)品處理- 所有需要處理的區(qū)域都要暴露在處理媒介中，- （在離子滲氮/碳氮共滲中）處理的密度要適合于處理參數(shù)，而且- （淬火時(shí)）所有需要淬火的區(qū)域都要均勻地暴露在淬火介質(zhì)中，并且保證恰當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)流量。 大塊材料不能壘放過高或擺放過密。如果需要，則使用媒介物隔柵，分別處理各產(chǎn)品，或者 保持產(chǎn)品在媒介物中移動(dòng)，或者使媒介物運(yùn)動(dòng)，以確保它們循環(huán)。產(chǎn)品之間應(yīng)為線接觸，必須避免全表而接觸。除離子處理情況以外，可以忽略一般的點(diǎn)接觸 影響。應(yīng)按既不受自身重量變形，又不會(huì)因壓在它們上面的東

15、西而變形的包裝方式包裝產(chǎn)品。7.2熱處理溫度圖1示出隨時(shí)間變化而發(fā)生在設(shè)計(jì)簡單的產(chǎn)品心部和表面的溫度變化情況，這些產(chǎn)品或 多或少都是均勻的橫截面。當(dāng)橫截而變化很大時(shí)，每個(gè)橫截而的時(shí)間-溫度變化曲線也都不 同。Nitriding or nitrocarburizing temperaturePreheating timeEqualizationTotal heatinq time<pn-e<pdlu 一Surface滲氮/碳氮共滲溫度表面/心部預(yù)加熱時(shí)間保溫時(shí)間 應(yīng)力消除總加熱時(shí)間圖1滲氮/碳氮共滲過程中熱處理變化示意圖在第一熱循環(huán)部分階段，產(chǎn)品的心部和表而溫度都會(huì)有變化。該溫度差與

16、產(chǎn)品的截面尺寸和 加熱率成正比，與材料的熱導(dǎo)率成反比。因?yàn)榫薮蟮臏夭顣?huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，這將造成大型產(chǎn) 品扭曲變形，使產(chǎn)品呈現(xiàn)不同的橫截面，特別是那些合金鋼鋼，尤為變形厲害。所以，應(yīng)緩 慢加熱或分階段加熱這些產(chǎn)品。圖2給出推薦的圓形截而產(chǎn)品的總加熱時(shí)間。產(chǎn)品直徑，mm在氣體中加熱至600C在氣體中加熱至500C在鹽浴中加熱至570c 圖2加熱時(shí)間與產(chǎn)品直徑的函數(shù)關(guān)系7.3滲氮進(jìn)行滲氮處理的溫度在450至600范|制內(nèi)，產(chǎn)品與含氮介質(zhì)接觸時(shí)，優(yōu)先選用的溫度 為480c到55OC之間。根據(jù)產(chǎn)品材料和處理介質(zhì)中的氮含量，溫度超過580時(shí)，表層將 變成奧氏體。利用級(jí)氣完成氣體滲氮，紈氣在產(chǎn)品表而分解，起到

17、催化劑的作用。產(chǎn)生的氮原子一部分 被產(chǎn)品表而吸收，剩余的另一部分作為氮分子，成為爐內(nèi)氣氛的一部分。在內(nèi)爐壁和支架上 的紈氣再分解，溶入產(chǎn)品中。方程式（1）描述了它們的反應(yīng)狀況，而且是兩倍的額氣體積。 NH3=N+3/2H2（1）溫度、氣體供應(yīng)率、壓力和產(chǎn)品表面積都會(huì)影響疑、氫和氮的含量。因此，滲氮效果隨 氣體成分（例如，通過向混合氣體中添加氮或氫氣改變它們）變化而變化。如同氮氧處理那 樣，通過添加氧或空氣也能調(diào)整這些效果?？捎蒙鲜鲎兓蛩貙?shí)現(xiàn)爐內(nèi)氣氛成分的特性，并達(dá)到工藝控制的目的。最簡單的方法是 測(cè)量爐內(nèi)氣氛中氨氣含量，從而確定分解度。在此，可考慮選取2倍的氣體體積值。方程式（2）給出實(shí)際分

18、解度a,（按百分比計(jì)）。100 - NH& measui'ed . goa=1 0° 十 NHg measured（ 2）如果爐內(nèi)加入額外的氫或氮?dú)?，則在確定分解度時(shí)，也要考慮在內(nèi)。但是，包含量和分解度還不足以描述滲氮效果的特性，為此，通常還要使用滲氮系數(shù)K* 如式3所示，該系數(shù)由推導(dǎo)氨的分解度得出，用爐內(nèi)氣氛中級(jí)的局部壓力與氫的局部壓力之 間的比率表示。見方程（3）：由于滲氮效果的增加與Kn成正比，因此，后者可用來影響給定溫度和壓力下滲氮層的 成分和結(jié)構(gòu)。借助于Lehrer相位圖可以完成該項(xiàng)工作（見圖3）。圖3- E« Lehrer中的鐵-氮相位圖可以取變

19、量或常量Kn值來操作滲碳處理。例如，在一個(gè)二階段加工次序中，從高Kn 值開始滲碳，然后經(jīng)過特定時(shí)間段后，通過調(diào)整大氣成分來減少K、值。例如，可用該工序 來控制化合物表層的厚度。在等離子滲碳中，以氮作為處理介質(zhì)。此處，產(chǎn)品與陰極連接，熔爐壁與陽極連接。排 空爐內(nèi)壓力，使之少于lOmbar,然后，通過給定安培的連續(xù)性或間歇性直流電使陽極與陰 極之間產(chǎn)生勢(shì)差，從而創(chuàng)造出電離氮分子的等離子體區(qū)，所釋放出來的氮離子被產(chǎn)品表面所 吸附?；旌蠚怏w中的氮?dú)夤?yīng)量取決于氮與氫之比率。氮含量越高導(dǎo)致Kn值越高。7.4 氮碳共滲在57OC-58（TC溫度范圍之間進(jìn)行氮碳共滲，與產(chǎn)品接觸的介質(zhì)中大多數(shù)含量為氮，其 中

20、也包含一些碳。當(dāng)溫度超過580時(shí)，表層可能變?yōu)閵W氏體，這取決于產(chǎn)品材料和熱處理 介質(zhì)的氮含量。正如滲碳一樣，采用氣體碳氮共滲時(shí)可測(cè)得頷含量，并確定Kn值。為了獲得 Kn值，除了知道皴含量以外，還必須知道氫含量，這是由于在添加諸如一氧化碳或二氧化 碳的碳源時(shí)，氣體中還存在其它成分。氮碳共滲當(dāng)量的Kn值不同于氣體氮化的K*而且，在氮碳共滲過程，G值一般不變化。 事實(shí)上，不能以碳的水準(zhǔn)（如滲碳）作為計(jì)量碳供應(yīng)量的函數(shù)，并控制它。反而，可采用不 同碳含量的混合氣體，來影響氮碳共滲的效果。碳源的數(shù)量和類型決定了化合物表層的構(gòu)成。 在鹽浴中采用殂酸鹽作為氮、碳源。等離子體氮碳共滲時(shí)，通常會(huì)添加甲烷作為碳源

21、。7.5 冷卻/淬火一旦達(dá)到理想的有效淬火深度（參照條款9.2）或化合物層厚度時(shí)，要將產(chǎn)品冷卻至室溫。 經(jīng)過氣體等離子滲碳后，多在常態(tài)氣氛中完成冷卻，然而，在氮碳共滲后，需根據(jù)產(chǎn)品材料、 熱處理介質(zhì)，以及所用設(shè)備來選擇其他氣體、油、水或鹽浴作為冷卻介質(zhì)。為了獲得優(yōu)選的抗疲勞強(qiáng)度，有必要采用含有或無含添加劑的水或油快速冷卻非合金鋼產(chǎn) 品（即：淬火）。正如試驗(yàn)所示，氮碳共滲后，在氧化劑中淬火的產(chǎn)品能極大的增加其耐腐蝕性。7.6 二次處理為了優(yōu)化產(chǎn)品材料或表面狀況，經(jīng)滲碳/氮碳共滲后，還要再次對(duì)其進(jìn)行處理。7.6.1 熟化通過熟化氮碳共滲的非合金材料制品，可以調(diào)整氮溶解的狀態(tài),在改進(jìn)產(chǎn)品可塑性的同時(shí)

22、, 降低其疲勞強(qiáng)度。正緣于此，需要將氮碳共滲產(chǎn)品淬火至室溫，再加熱至120。（2至300 之間溫度范圍，隨后保持該溫度約1小時(shí)。在此保溫時(shí)間之后，將工件以任一冷卻速率再次 冷卻至室溫。7.6.2 二次氧化試驗(yàn)實(shí)例顯示，將在水蒸氣中氧化滲氮或氮碳共滲的鍛件，再放入350。（2至550。12溫 度范圍之間的適宜氣體或鹽浴中，可增加化合物表層的耐腐蝕性。8熱處理介質(zhì)8.1 滲氮介質(zhì)氨與氨氣是最適宜的氮源。雖然分離氨氣時(shí)會(huì)產(chǎn)生氮，但是，同時(shí)氮也會(huì)揮發(fā)一些，所以，當(dāng)用氮?dú)庾鳛槲ㄒ粺崽幚斫?質(zhì)來源時(shí)，就必須在低于標(biāo)準(zhǔn)壓力的條件下對(duì)其進(jìn)行電離，從而阻斷其分子轉(zhuǎn)變?yōu)榭杀粨]發(fā) 掉的原子，在標(biāo)準(zhǔn)壓力時(shí)，氮或惰性氣

23、體（如：75 % （V/V） N2+ 25%（V/V） H2）可以減少氨含量，降低 Kn值和氮供應(yīng)量，而氣體中氧含量會(huì)增加Kn值。8.2 氮碳共滲介質(zhì)8.2.1 鹽浴目前，在鈦或銀熔爐中只采用氯酸鹽基鹽浴作為氮碳共滲的介質(zhì)。通過添加回?zé)釥t，可以從碳酸鹽中回收制酸鹽。8.2.2 氣體介質(zhì)用于氣體氮碳共滲的主要成分是經(jīng)，而在等離子處理工序時(shí)氮是主要成分。在這兩種情 況下，要以一氧化碳、二氧化碳、碳?xì)浠衔?、吸熱型一氧化碳?xì)怏w或放熱型二氧化碳?xì)怏w, 以及其它適宜介質(zhì)的形式來添加碳。8.3 冷卻和淬火介質(zhì)根據(jù)所用設(shè)備，決定選用氣體或液體冷卻，以及淬火介質(zhì)。根據(jù)產(chǎn)品形狀、材料制成的模式、可變塑性和要求的

24、磨損特性來選擇介質(zhì)。需將產(chǎn)品均勻地暴露于冷卻介質(zhì)中，冷卻的效果在很大程度上會(huì)受介質(zhì)流量和溫度的影響。8.3.1 液體冷卻介質(zhì)最常見的介質(zhì)包括含有或無含添加劑的水、油或鹽浴。無添加劑的水溫度不得高于25C, 而含有添加劑的水溫要達(dá)到70C。需要注意的是：含有聚合物添加劑的水冷卻速率要比無 含添加劑的水冷卻速率低。通常，在溫度到達(dá)80C時(shí)才選用油，而溫度達(dá)到350C至400C 之間時(shí)選用鹽浴?？焖倮鋮s（淬火）采用含水介質(zhì)和油。8.3.2 氣體冷卻介質(zhì)采用靜止氣冷或強(qiáng)壓氣冷時(shí)，可用氮或氨作為氣體冷卻介質(zhì)。如果許可產(chǎn)品褪色，亦可僅采 用空氣冷卻。氣體滲氮后，通常采用氮或氨氣冷卻，而氮碳共滲后還可采用油

25、冷卻。雖然，通過升壓或加 大流量可增加氣體冷卻效果，但是，相對(duì)于液體冷卻，其效果還是低。9滲氮和氮碳共滲的效果9.1 表面組織效果滲碳和氮碳共滲對(duì)以下特征有效：-原材料合金元素、擴(kuò)散元素（NorN + C）和任何存在的其他元素的濃度輪廓；- 厚度、組織結(jié)構(gòu)和化合物表層的相位；- 擴(kuò)散區(qū)域的構(gòu)造和深度；- 硬度和硬度輪廓；- 殘余應(yīng)力輪廓?？捎玫獫舛确植驾喞獊砻枋霰韺拥缓康姆秶ㄔ斠妶D4和5實(shí)例）。經(jīng)過無阻礙氮吸收 后，以下因素將會(huì)決定其變化曲線走勢(shì)。- 材料成分，特別是氮化合金元素的類型和濃度；- 材料的原始狀況；-Kn值或包的解離度；- 滲氮/氮碳共滲溫度；- 滲氮/氮碳共滲工序的持續(xù)時(shí)

26、間；- 所選的冷卻/淬火工序。在實(shí)際操作中，滲碳/氮碳共滲會(huì)在表面產(chǎn)生氮濃縮物，從而在僅僅幾分鐘的熱處理時(shí)間內(nèi) 就導(dǎo)致氮化物形成。距表面距離，用jim表示圖4： 570c溫度條件卜，C45級(jí)鋼持續(xù)氣體滲銳兩小時(shí)的表層化合物的濃度分布剖面圖（GDOES分析）圖5： 570c溫度條件卜: C45級(jí)鋼持續(xù)氣體短碳共滲兩小時(shí)的表層化合物的濃度分布剖面圖（GDOES 分析）在吸附氮的同時(shí)，也不斷產(chǎn)生氮化物，從而形成稱作“化合物層”的固態(tài)層。該層的外 區(qū)范用具有滲透性。圖6示出在顯微鏡下所觀測(cè)到的化合物層。圖6：氮碳共滲C15級(jí)鋼的化合物層緊接著該層下而的是“擴(kuò)散區(qū)”，隨著與表而距離的不斷增加，該層的氮濃

27、度含量都會(huì)或多 或少地持續(xù)減少。在非合金鋼中，起初，氮溶解于鐵中，隨后當(dāng)產(chǎn)品慢慢冷卻后又逐漸沉淀 成氮化物。如果快速冷卻，在熟化階段就形成氮化物沉淀。而在合金鋼中，所形成的氮化物 包含其他元素，如：鋁、銘、帆、鈦、鋁等。氮碳共滲使表層富含氮，并在化合物表層中含有碳。然而，擴(kuò)散的碳比用滲碳或碳氮共滲處理的少，通常僅限于化合物表層。正如滲碳處理產(chǎn)生的那些氮化物一樣，相同原理也適用于通過氮碳共滲所產(chǎn)生的氮濃度輪廓 情況。9.2 對(duì)硬度的影響材料表面滲入氮將會(huì)增加硬度。根據(jù)表層材料成分，按照小切片的微硬度來測(cè)量化合物表層 的硬度，其硬度可能在1000HV范圍。通過沉淀硬化可獲得擴(kuò)散區(qū)的硬度：鐵合金沉淀

28、物為 融合其他合金元素的氮合成物，非合金鋼的沉淀物為鐵質(zhì)氮化物。氮濃度分布輪廓決定了硬度輪廓，參照DIN50190-3 （參照?qǐng)D7）的規(guī)定，可用硬度輪廓來 測(cè)定有效淬硬深度（德國用Nht標(biāo)注）。圖7：滲銳或氮碳共滲后的硬度輪廓，以及測(cè)得的有效淬硬深度，Nht （圖表參照DIN50190-3）對(duì)于滲碳合金鋼，滲氮后應(yīng)該只測(cè)定有效淬硬深度。而非合金鋼產(chǎn)品在氮碳共滲后，由 于其硬度較低，不必實(shí)際測(cè)量，因此只需測(cè)量化合物層厚度，用于鑒定質(zhì)量目的。理想硬度 和硬度輪廓受到以下因素影響：- 材料成分；-滲氮/氮碳共滲前的材料狀況；- 滲氮溫度；- 滲氮/氮碳共滲的持續(xù)時(shí)間；- 氮供應(yīng)量。氮合金元素的分解量

29、越大，產(chǎn)生的表層淬硬和表而硬度也越大，從硬度分布輪廓圖可以 看出表層硬度與心部硬度之間的梯度越陡，有效淬硬深度越小。滲氮/氮碳共滲的時(shí)間越長，產(chǎn)生的化合物層越厚，淬硬深度越深，表層淬硬和表面硬度越 大。所用氮供應(yīng)量和溫度將影響氮濃度和硬度分布輪廓，特別是在鋼材料時(shí)，低溫處理時(shí)達(dá) 到的硬度比高溫處理時(shí)所達(dá)到的硬度高。產(chǎn)品的最終狀況還受到加熱前其初始狀況的影響，尤其是調(diào)質(zhì)過的產(chǎn)品，這是因?yàn)樵诖?火/回火工序中，滲氮合金元素中已受制約。應(yīng)選擇能夠達(dá)到滲氮/氮碳共滲所適用的熱穩(wěn)定 條件（參考條款7.1.1.3）的回火溫度，因?yàn)檩^長時(shí)間的滲氮，無法避免心部硬度的減少。為了調(diào)整硬度分布輪廓以及有效淬硬深度

30、，可在溫度范圍內(nèi)或略微高于滲氮/氮碳共滲 溫度范圍內(nèi)，將經(jīng)過滲碳/氮碳共滲后的產(chǎn)品置于惰性氣體或真空中進(jìn)行擴(kuò)散處理。例如： 必要時(shí)，可以減少表面或淬硬硬度。根據(jù)滲氮溫度，也可極大的改良化合物層的成分和結(jié)構(gòu)。 9.3對(duì)形狀和尺寸的影響由于在滲氮/氮碳共滲工序中，元素?cái)U(kuò)散進(jìn)產(chǎn)品表面，增加了產(chǎn)品的體枳，從而改變其尺 寸。此外，還增加了表面粗糙度，并產(chǎn)生殘余應(yīng)力。這時(shí)產(chǎn)品不可能擁有很規(guī)則的外形，因 此容易變形。由于氮擴(kuò)散到兩邊，所以產(chǎn)品邊緣會(huì)出現(xiàn)卷曲現(xiàn)象。此外，產(chǎn)品在處理前有殘余應(yīng)力，或是沒有經(jīng)過充分回火，在滲氮/氮碳共滲時(shí)會(huì)出現(xiàn)熱 變形。10熱處理設(shè)備10.1 總則不應(yīng)將以下信息視為理解性內(nèi)容，應(yīng)在

31、不同情況下都參考制造商的操作守則。選擇熱處理設(shè)備時(shí)需考慮以下內(nèi)容：- 產(chǎn)品材料和材料狀況；- 處理溫度和極限偏差；- 熱處理持續(xù)時(shí)間；- 冷卻工序；- 產(chǎn)品尺寸和數(shù)量；- 產(chǎn)量（如：每單位時(shí)間內(nèi)所加工的工件數(shù)量）；- 工序控制的要求；- 熱處理過程中實(shí)施的步驟（如.淬火和老化）。10.2 滲氮和氮碳共滲用設(shè)備選擇滲氮或氮碳共滲設(shè)備時(shí)應(yīng)考慮以下因素：- 熱處理工序的步驟；- 所需的熔爐加熱能力；- 在限定范圍內(nèi)維護(hù)爐內(nèi)溫度（注釋1）（詳見表1）；- 所用的熱處理介質(zhì)；-產(chǎn)品排列布置（如：垂直狀態(tài)下的懸掛、擺放、澆注和放置）以及批次規(guī)格；-熔爐的任何安全性要求。注料1）這些限定由精確的溫控系統(tǒng)和熔

32、爐有效體積內(nèi)的溫度分布狀況決定。10.3 冷卻和淬火用設(shè)備選用冷卻和淬火設(shè)備時(shí)應(yīng)考慮以下因素：- 冷卻進(jìn)度表；- 產(chǎn)品的尺寸和形狀；- 冷卻介質(zhì)的類型和溫度；- 所用介質(zhì)的數(shù)量以及是否可以循環(huán)使用；- 產(chǎn)品排列（如：垂直狀態(tài)下的懸掛、擺放、澆注和放置）和批次規(guī)格;；-從產(chǎn)品中去除淬火殘?jiān)男枨蟆?yīng)將所有的冷卻和淬火設(shè)備設(shè)計(jì)成能夠循環(huán)利用介質(zhì)，以便預(yù)防熱量流失，并且應(yīng)提供 反復(fù)循環(huán)冷卻系統(tǒng)，以確保維持時(shí)間進(jìn)程（注釋2）。建議能夠控制淬火介質(zhì)的加熱溫度。 在相對(duì)表而積淬火量大的產(chǎn)品或采用氧化浴淬火時(shí)，雖然建議多考慮采用較大的加工產(chǎn)品能 力，但是，不管是油，還是鹽浴淬火介質(zhì)，都應(yīng)至少準(zhǔn)備6倍設(shè)備批量

33、加工能力的需求量。 若用氣體作為淬火介質(zhì)時(shí)，該系統(tǒng)設(shè)備需配備噴射閥和噴嘴，以確保整個(gè)產(chǎn)品批次均勻冷卻。 采用油淬火介質(zhì)時(shí)，應(yīng)配備反復(fù)水冷卻的外部冷卻系統(tǒng)，以防止兩種溶液（油與水）的互相 接觸.利用高壓空氣循環(huán)達(dá)到再次鹽浴冷卻。注釋2）還要了解淬火介質(zhì)商品的說明11滲氮和氮碳共滲產(chǎn)品的測(cè)試測(cè)試滲氮產(chǎn)品有效淬硬深度的主要標(biāo)準(zhǔn)，就是化合物層的厚度和表而淬火硬度。雖然還 要經(jīng)常測(cè)量表面硬度，但是，卻不可能從該測(cè)量參數(shù)中獲得有效淬硬深度。而對(duì)于氮碳共滲產(chǎn)品來說，有時(shí)需測(cè)量化合物層厚度、化合物層中滲透區(qū)域的厚度，必 要時(shí)，還要測(cè)量有效淬硬深度。當(dāng)測(cè)定有效淬硬深度和化合物層厚度時(shí)，需要拆解產(chǎn)品。如果不允許拆

34、解，可將相同材 料條件的產(chǎn)品作為參考樣品。15頁表2示出測(cè)試熱處理產(chǎn)品的有效方法。如果是處理個(gè)別批次的產(chǎn)品，按照以下統(tǒng)計(jì)原 則進(jìn)行抽樣。由產(chǎn)品使用者來決定試驗(yàn)結(jié)果是否適用測(cè)定的產(chǎn)品性能特性。12校正當(dāng)校正滲氮或氮碳共滲產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)注意沒有發(fā)生實(shí)際應(yīng)變的滲氮層，因?yàn)榧词刮⒘孔冃?也會(huì)導(dǎo)致斷裂。針對(duì)此原因，建議應(yīng)避免校正此類產(chǎn)品。雖然校正引發(fā)的殘余應(yīng)力會(huì)產(chǎn)生新的變形，但是用校正壓力機(jī)來彎曲產(chǎn)品，可消除微量畸變。 13熱處理工藝設(shè)計(jì)在滲氮或氮碳共滲工序中，產(chǎn)品形狀和尺寸是影響應(yīng)力產(chǎn)生的主要因素，并可導(dǎo)致變形。 圖8和圖9示出幾乎肯定要變形的產(chǎn)品形狀。通過選擇合適的設(shè)計(jì)，可以最小化變形的可能 性，并可增

35、加產(chǎn)品壽命。因此需要考慮以下設(shè)計(jì)原則：- 雖然產(chǎn)品上無盲孔，但是額外附加鉆孔或凹口也會(huì)適量加大變形（參見圖10和11）；- 如有可能應(yīng)采用對(duì)稱設(shè)計(jì)（參見圖11）:- 處理時(shí)應(yīng)使產(chǎn)品具備裝卸的特征（如：起吊裝置孔、螺紋孔或突耳）；- 局部處理時(shí)，要確保處理區(qū)域與非處理區(qū)域之間的過渡帶不位于敏感結(jié)構(gòu)區(qū)域范圍內(nèi)。圖8-不合適的產(chǎn)品設(shè)計(jì)示例圖9-不合適的產(chǎn)品設(shè)計(jì)示例A不合適B合適圖10 合適和不合適的產(chǎn)品設(shè)計(jì)示例Figure 11: Examples of suitable and unsuitable designs圖11合適和不合適的產(chǎn)品設(shè)計(jì)示例14熱處理產(chǎn)品中的缺陷熱處理產(chǎn)品中的缺陷幾乎不可能是

36、由單個(gè)原因造成。除熱處理工藝自身的原因之外，可 能存在的原因還包括材料和產(chǎn)品形狀、加工工藝和工作工況。表3列出一些實(shí)際應(yīng)用中碰到 的最普通的缺陷，它們也可能出現(xiàn)在滲氮/碳氮共滲工藝中o表1-熔爐選擇指南熱處理 相位溫度范圍C極限偏差 需控制的參數(shù)常用處理 介質(zhì)爐子類型注釋應(yīng)力釋放500 至 700±25時(shí)間和溫度空氣或惰豎爐，罐優(yōu)先選擇性氣體0爐，箱爐 或銀式爐帶循環(huán)媒 介的熔爐正火820 至 950±10時(shí)間和溫度空氣或惰 性氣體n豎爐，罐 爐，箱爐 或鐐式爐預(yù)加熱達(dá)到350無特殊 要求無特殊要求豎爐，罐 爐罩式 爐，箱爐 或銀式爐預(yù)氧化300 到 600無特殊 要求時(shí)間

37、和溫度空氣，水 蒸氣豎爐，罐 爐箱爐或 鏡式爐滲氮500 到 600（氣體）±10時(shí)間，溫度，氣 體流量，氨含量， 氫含量氨蒸慵爐, 罩式爐或 箱式爐熔爐應(yīng)有 循環(huán)媒 介，蒸儲(chǔ) 爐應(yīng)能抽 成真空450 到 600 （離子）±10時(shí)間，溫度，爐 壓，離子參數(shù)， N2：H2 率氮和氫蒸儲(chǔ)爐或 箱式爐蒸馀爐應(yīng) 能抽成真 空碳氮共滲570 至 650（氣體）±10時(shí)間，溫度，氣 體流率，NH3或H2含量，CJ或CO含量氨和含碳 氣體蒸鐳爐， 罩式爐，轅 式爐，箱 式退火爐 或連續(xù)爐爐子帶循 環(huán)介質(zhì)鹽浴時(shí)間，溫度，銀 酸鹽含量鹽浴鹽浴，熔 爐或窯爐鈦坨期或 銀坨娟和 鹽浴設(shè)施 應(yīng)通風(fēng)離子時(shí)間，溫度，爐 壓