熱處理原理與工藝第十四章-鋼-的-滲-氮課件

1、第十四章鋼的滲氮第十四章鋼 的 滲 氮第一節(jié)滲氮層的組織與性能 一、Fe-N相圖與基本相 圖14-1為Fe-N相圖，整個相圖共有五個單相區(qū)，其中包括兩個間隙式固溶體、和三個成分可變的間隙化合物、。1)相：是氮在-Fe中的間隙固溶體(含氮鐵素體)，具有體心立方晶格，其中氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在室溫時不超過0.001%，在590為0.1%。2)相：是氮在Fe中的間隙固溶體(即含氮奧氏體)，面心立方晶格，溫度高于590時才存在。第十四章鋼 的 滲 氮3)相：是一種成分可變的間隙相，面心立方晶格，450時氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.7%6.7%，氮原子有序地占據(jù)間隙位置，當(dāng)?shù)馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.9%時，其成分符合Fe4N，相

2、大約在680以上發(fā)生分解并溶于相中。4)相：是一種可變成分的氮化物，具有密排六方晶格，在一般氮化溫度范圍內(nèi)相的成分大致在Fe2NFe3N之間(wN=8.25%11%)。5)相：相極脆，滲氮層一般不允許出現(xiàn)相。第十四章鋼 的 滲 氮圖14-1Fe-N相圖第十四章鋼 的 滲 氮二、純鐵滲氮層組織與性能 由Fe-N相圖可知，當(dāng)在低于共析溫度590進(jìn)行滲氮時，首先在表面形成相，當(dāng)相的氮濃度達(dá)到飽和時就轉(zhuǎn)變?yōu)橄?，?dāng)相的氮濃度達(dá)到飽和后就會形成相。第十四章鋼 的 滲 氮三、碳及合金元素對滲氮層組織與性能的影響1.碳的影響 碳使氮在鋼中的擴(kuò)散速度降低，使?jié)B氮層的深度減小，如圖14-3所示。圖14-3鋼的碳含

3、量對滲氮層深度的影響第十四章鋼 的 滲 氮2.合金元素的影響1)溶于相中的W、Mo、Cr等元素可提高氮在相中的溶解度，延緩氮化物的形成。2)形成合金化的相和相，如(Fe、Me）4N和(Fe、Me）23N等，使硬度提高。3)可形成合金氮化物。 4)合金元素會減小滲氮層深度。第十四章鋼 的 滲 氮圖14-4合金元素對滲氮層深度的影響第十四章鋼 的 滲 氮第二節(jié)氣 體 滲 氮 在可提供活性氮原子的氣體中進(jìn)行的滲氮稱為氣體滲氮。一、滲氮鋼和滲氮前的預(yù)備熱處理(1)滲氮鋼(2)滲氮前的預(yù)備熱處理第十四章鋼 的 滲 氮圖14-5氣體滲氮裝置示意圖1液氨瓶2氨氣壓力表3供氨管4氨氣流量計5干燥箱6控制儀表7

4、進(jìn)氣管8加熱爐9工件10排氣管11緩沖箱12安置架13排氣壓力計14分解率測定計15冒泡瓶16儲水箱二、氣體滲氮工藝(一)氣體滲氮基本裝置第十四章鋼 的 滲 氮(二)氣體滲氮工藝參數(shù)1.滲氮溫度圖14-6滲氮溫度對38CrMoAlA鋼表面硬度及層深的影響(滲氮時間60h)15002520356045805600第十四章鋼 的 滲 氮2.滲氮保溫時間圖14-7不同溫度下滲氮時間對38CrMoAlA鋼滲氮層深度的影響第十四章鋼 的 滲 氮3.氨分解率 氨分解率（dissociated rate of ammonia）表示在某一溫度下，分解的氮、氫混合氣體占爐氣總體積的百分比。圖14-8氨分解率對3

5、8CrMoAlA鋼滲氮層硬度及深度的影響第十四章鋼 的 滲 氮表14-1不同滲氮溫度下氨分解率的合適范圍第十四章鋼 的 滲 氮圖14-9氨分解率測定計1盛水器2進(jìn)水閥3進(jìn)氣閥4排水、排氣閥 通常采用氨分解率測定計測定氨分解率，生產(chǎn)上常用的氨分解率測定計如圖14-9所示。第十四章鋼 的 滲 氮(三)氣體滲氮工藝過程 氣體滲氮工藝過程包括滲前準(zhǔn)備、排氣升溫、滲氮保溫、冷卻四個階段。第十四章鋼 的 滲 氮(四)氣體滲氮工藝方法 1.表面強(qiáng)化滲氮生產(chǎn)上常用的強(qiáng)化滲氮工藝有等溫滲氮、二段滲氮及三段滲氮等。圖14-1038CrMoAlA等溫滲氮工藝第十四章鋼 的 滲 氮圖14-1138CrMoAlA二段滲

6、氮工藝二段滲氮第十四章鋼 的 滲 氮圖14-1238CrMoAlA三段滲氮工藝三段滲氮第十四章鋼 的 滲 氮表14-2常用結(jié)構(gòu)鋼的滲氮工藝規(guī)范第十四章鋼 的 滲 氮表14-2常用結(jié)構(gòu)鋼的滲氮工藝規(guī)范第十四章鋼 的 滲 氮2.抗蝕滲氮 抗蝕滲氮（anti-corrosion nitriding）是為了提高工件的抗蝕性能而進(jìn)行的滲氮處理。表14-3抗蝕滲氮工藝規(guī)范第十四章鋼 的 滲 氮三、加速滲氮的方法 滲氮工藝時間很長，為了縮短滲氮的時間，近年來出現(xiàn)了許多加速滲氮過程的方法，其中包括潔凈滲氮、感應(yīng)加熱氣體滲氮、超聲波滲氮等，目前有些已經(jīng)投入生產(chǎn)，有些尚處于試驗階段。第十四章鋼 的 滲 氮四、滲氮

7、件性能特點(1)滲氮層硬度、耐磨性及脆性(2)疲勞強(qiáng)度(3)熱硬性第十四章鋼 的 滲 氮五、典型零件強(qiáng)化滲氮工藝實例 T615K鏜床鏜桿如圖14-13所示，材料38CrMoAlA，技術(shù)要求：基體硬度220260HBW，滲氮層表面硬度900HV，滲層深度045065mm。圖14-13T615K鏜床鏜桿第十四章鋼 的 滲 氮1.滲氮前預(yù)先熱處理工藝 1)退火：鍛后進(jìn)行(840870)5h退火。 2)調(diào)質(zhì)：粗車后(930950)1.5h處理，油淬，(600620)5h回火，空冷，校直。 3)去應(yīng)力處理：精車外圓及錐孔，粗刨鍵槽后進(jìn)行(600620)(1012)h去應(yīng)力退火。第十四章鋼 的 滲 氮2.

8、滲氮前準(zhǔn)備（1）設(shè)備、工具、材料準(zhǔn)備1)檢查、清理滲氮罐、加熱爐及管道系統(tǒng)，使其達(dá)到氣密性良好，無泄漏并且暢通。2)設(shè)備、電氣、管道閥門及各種儀表工作正常。3)停爐后首次開爐及每隔23爐應(yīng)清理、烘干干燥箱或更新干燥劑。第十四章鋼 的 滲 氮4)清理設(shè)備、爐罐及管道內(nèi)的積水和異物。5)備足液氨量(按工件滲氮總面積及滲氮時間估算氨氣用量，0.067kg/m3h),液氨中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)要小于0.2%，最高限量小于1%)。6)清洗滲氮罐(或噴砂處理)、工夾具及綁扎用鐵絲，除去油污、銹蝕。7)準(zhǔn)備好與工件相同材料的金相檢驗與硬度檢驗試樣，試樣為10mm10mm60mm楔形塊，試樣表面粗糙度與工件相同。第十

9、四章鋼 的 滲 氮(2)工件準(zhǔn)備 1)檢查工件表面是否有裂紋、碰傷等缺陷，滲氮后的精磨余量及畸變量應(yīng)符合工藝要求。 2)對非滲氮表面進(jìn)行防護(hù)處理。 3)清洗工件：滲前2h,用酒精、汽油或四氯化碳將工件清洗后用清水洗凈、擦干；也可用10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))碳酸鈉水溶液煮沸810min，隨后用熱水、涼水洗凈，熱風(fēng)烘干。3.滲氮 本工件對硬度及畸變要求一般，可采用兩段滲氮。第十四章鋼 的 滲 氮第三節(jié)離 子 滲 氮 離子滲氮（plasma nitriding）是在低真空（通常為10-110-2Pa）含氮氣氛中，利用工件（陰極）和陽極間產(chǎn)生的輝光放電現(xiàn)象進(jìn)行的滲氮工藝。第十四章鋼 的 滲 氮圖14-14離子

10、滲氮裝置和離子滲氮原理示意圖一、離子滲氮基本原理和裝置 圖14-14a、b分別為離子滲氮裝置示意圖和離子滲氮原理示意圖。第十四章鋼 的 滲 氮二、離子滲氮的特點 與普通氣體滲氮相比，離子滲氮主要具有如下優(yōu)點：(1)滲氮速度快，時間短(2)滲氮質(zhì)量好(3)工件變形小(4)滲氮前不需去鈍處理(5)容易實現(xiàn)局部滲氮(6)適用于各種材料第十四章鋼 的 滲 氮第四節(jié)滲氮后的質(zhì)量檢驗及常見缺陷 滲氮零件的質(zhì)量檢查，一般包括外觀、金相組織、滲層深度、表面硬度及脆性、畸變等方面。一、滲氮件質(zhì)量檢驗1.外觀檢驗 表面不應(yīng)有裂紋、剝落及肉眼可見的疏松等缺陷。2.硬度檢驗 由于滲氮層很薄，通常用維氏硬度或表面洛氏硬

11、度計來測定滲氮層表面硬度。第十四章鋼 的 滲 氮3.滲氮層深度檢驗 每爐至少用一個試樣進(jìn)行滲氮層深度的檢驗。(1)金相法圖14-1538CrMoAl鋼氣體滲氮(100)第十四章鋼 的 滲 氮(2)硬度法(3)斷口法4.滲氮層脆性檢驗圖14-16滲氮層脆性級別圖(100)第十四章鋼 的 滲 氮5.金相組織檢驗 滲氮件金相組織檢驗包括滲氮層和心部組織檢驗兩部分。圖14-17滲氮層脈狀組織(450)a)合格組織(2級)b)不合格組織(4級)第十四章鋼 的 滲 氮圖14-18滲氮層疏松檢驗合格與不合格組織(500)a)合格組織(1級)b)不合格組織(4級)6.滲氮層疏松檢驗 按化合物層內(nèi)微孔的形狀、數(shù)量、密集程度，將疏松分為5級。第十四章鋼 的 滲 氮7.尺寸及畸變檢驗 一般來說，滲氮處理的工件變形很小，但對于精密零件應(yīng)按工件技術(shù)要求進(jìn)行檢驗。第十四章鋼 的 滲 氮二、氣體滲氮件常見質(zhì)量缺陷 表14-4列出了氣體滲氮件常見缺陷類型、產(chǎn)生原因及預(yù)防措施，供參考。表14-4氣體滲氮件常見缺陷類型、產(chǎn)生原因及預(yù)防措施第十四章鋼 的 滲 氮表14-4氣體滲氮件常見缺陷類型、產(chǎn)生原因及預(yù)防措施第十四章鋼 的 滲 氮第五節(jié)滲氮工藝的發(fā)展一、表面納米化滲氮 表面納米