滲氮工藝及材料的選擇

滲氮工藝及材料的選擇滲氮工藝及材料的選擇滲氮工藝及材料的選擇V:1.0精細整理，僅供參考滲氮工藝及材料的選擇日期：20xx年X月滲氮(nitriding)在低于鋼鐵材料臨界點Ac1基體不發(fā)生相變的前提下，將活性氮原子滲入制件表層的化學熱處理工藝。以提高耐磨性、抗疲勞性能為目的的滲氮通常在500～570℃進行；以提高耐蝕性為目的的滲氮溫度也不高于650℃。本法的優(yōu)點是表面改性顯著，且處理前后尺寸變化小，能保持制件的精度。除鋼之外，球墨鑄鐵和鈦合金制件亦可通過滲氮提高耐磨性和使用壽命。分類應用最廣泛的是氣體滲氮，其次為離子滲氮，鹽浴滲氮(不包括兼有滲碳作用的氮碳共滲)和固體滲氮用戶極少。氣體滲氮常用的滲氮介質有氨、氨與氮、氨與氫、氨與預先在爐外分解的氨分解氣的混合氣。氨在300℃以上即發(fā)生顯著的分解，故上述各種氣體都是氨、氮與氫的混合氣?；旌蠚庠阡摷砻娴拇呋饔孟路纸獬龌钚缘?，吸附并滲入鋼件表層。介質的滲氮能力與氨分解程度有關。圖1示出氨分解率對38CrMoAlA鋼滲氮處理(24h)后滲層深度和硬度的影響。氣體摻氮常用設備為RJJ系列井式電爐。密封加熱罐常用1Cr18Ni9Ti不銹鋼制造。此種密封罐的缺點是內(nèi)壁對氨分解有觸媒作用，使用過程中使氨分解率失去控制，影響滲氮質量。懈決這一問題的方法是在新罐使用前空載通入含硫氣體(H2S或SO2)，或滴注CS2，于500～600C保持2～4h，或在800～860℃空載保溫2～4h，可使罐內(nèi)壁的催化作用大幅度下降。采用搪瓷滲氮罐代替不銹鋼罐已進入工業(yè)實用階段，后者色完全消除了罐壁的催化作用。氣體滲氮溫度因鋼種、滲層深度、硬度和性能指標的不同要求在480～650℃之間選擇。大多數(shù)鋼種的滲氮件在520～560℃處理，保溫時間主要取決于要求的滲層深度。離子滲氮以鐘罩式爐殼為陽極，欲滲零件為陰極，置于真空度為130～1300Pa的含氮氣氛中，在電場作用下兩極問激發(fā)輝光放電，并將氣體電離產(chǎn)生氮離子，由電場加速向陰極遷移、轟擊，使之加熱到480～560℃滲氮溫度，將吸附的氮滲入工件。用作滲氮氣氛的有氨、氮或氮與氫的混合氣。與氣體滲氮相比，離子滲氮具有下述優(yōu)點：(1)擴散過程的速度提高30％～50％；(2)更好地控制滲層的成分和相組成物，如在10％NH3+90％Ar氣氛中生成表面無氮化物(脆性)層的富氮擴散層；(3)因陰極濺射作用而降低了表面粗糙度；(4)縮短加熱與冷卻時間，縮短處理周期；(5)節(jié)約滲氮劑；(6)對環(huán)境無污染。離子滲氮工藝也存在一些缺點：帶有深孔、小孔、盲孔、尖角的零件不能獲得質量良好的滲層；電岡電壓的波動影響處理質量的均一性。滲氮用鋼以抗磨損、抗疲勞為主的滲氮件常用含％～％C的合金結構鋼；用量最大的是含％～％c的鉻鉬鋁鋼、鉻鉬鋼、鉻鎳鉬鋼、鉻鎳鎢鋼。以抗大氣、雨水、水蒸氣等介質腐蝕為主的滲氮件則常用低碳鋼和中碳鋼。模具鋼、高速工具鋼與不銹鋼工件亦可采用滲氮作為提高耐用度的手段。表中列出部分常用滲氮鋼的鋼號及主要性能和用除．部分常用滲氮鋼的鋼號、主要性能和用途類別鋼號滲氮后性能用

途低碳鋼08、10、15、20、A3、08AI、30抗大氣與水等的腐蝕螺栓、螺母、銷釘、把手中碳鋼40、45、40Mrt、45Mn、耐磨、抗疲勞軸和中、輕載齒輪中碳合金鋼38CrMoAlA、38Cr2MoAlA、35CrMo、35CrNiMo、42CrMo、40crNiMo、30Cr3WA、50CrVA、38CrWVAlA耐磨，抗疲勞性優(yōu)良，可承受重載荷坦克、飛機、大型機床的主軸、鏜桿、重載齒輪、絲杠、缸套模具鋼Cr12MoV、Cr12Mo、4Cr5MoV1Si，3Cr2W8V、5CrNiMo

5CrMnMo耐磨、抗熱疲勞與沖擊疲勞、型腔溫度低于600℃保持高硬度沖模、拉伸模、壓鑄模、擠壓模高速鋼W6M05cr4V2耐磨及紅硬性優(yōu)良高速鋼刀具不銹鋼等高合金鋼1Cr13、2Cr13、1Crl8Ni9Ti、1Crl8Ni9、25Crl8Ni8W2、45Crl4Nn4W2Mo、1Crl7Nil3M02Nb、3Cr19Ni9MoWNbTi耐磨性、紅硬性及高溫強度優(yōu)良，600℃以下長期工作，多種介質中耐腐蝕紡紗機走絲槽、泵軸、葉輪、閥桿、腐蝕介質中工作的齒輪

滲氮層的組織與性能典型的滲氮層由表及里分為兩個次層：ξ單相次層和γ’復相次層。ξ化學式為(Fe，M)2-3N(M代表氮化物形成元素)，六方晶系，又稱白亮層。γ’化學式為(Fe，M)2-3N，面心立方晶系，在滲氮鋼原始組織的基礎上以極細的尺寸分散地析出，光學金相觀察為黑色層。γ’復相層中氮濃度的梯度大，又稱氮擴散層。不同鋼種制成的適于不同工況條件的滲氮件，要求的滲層組織有很大差別，如冷作模具和高速鋼刀具不允許￡單相層厚度超過2μm，更不允許連成大片；而抗蝕滲氮則要獲得10um以上厚度的ξ層，且盡可能形成完整的膜。與滲碳層相比，滲氮層的硬度高得多(碳素鋼除外)，尤其含鋁及多量鉬、鎢、鉻、釩的鋼，可達Hv1050～1300。由于表層強度高，加上滲氮處理在表層形成壓應力，使45鋼及38CrMoAlA、18cr2Ni4wA等鋼滲氮件的抗疲勞強度比原始調(diào)質態(tài)提高20％～40％(光滑試樣)或～倍(缺口試樣)。高效滲氮新工藝在保證質量的前提下有效地縮短處理周期，是本領域當前最為關注的熱點。能顯著縮短氣體滲氮周期的有效方法主要有：

(1)采用新型滲氮鋼。，TiN、ZrN和VN等氮化物彌散度高，在650℃以上才開始聚集，現(xiàn)已開發(fā)了30CrTi2、30CrTi2Ni3AlA等新鋼種。這些鋼可在600～650℃滲氮，600±10℃保溫6h即可獲得以上的滲氮層(38CrMoAlA類的滲氮鋼510℃獲得相同厚度的滲層需時約20h)。(2)取消趕空氣工序。傳統(tǒng)的操作方法是先用氨氣驅除密封罐中的空氣，直至空氣量達10％以下再開始升溫。因為氨在207℃以上還原性比氫更強，故不必顧慮直接升溫滲氮件的氧化。即使初始期于低溫下有輕微氧化，也會在達到滲氮溫度之前被還原。取消通氨趕空氣工序既縮短了滲氮周期，又節(jié)約大量氨。(3)采用組合型滲氮介質。以氨為單一滲劑時滲氮速率不高。氨與氮、氨與氫或由氨、氫、氮混合的氣氛，都不同程度地提高滲氮速率。例如，使用30％NH370N2氣氛，38CrMoAlA鋼的滲氮速率約為純氨的2倍。(4)采用循環(huán)兩段滲氮法。進行3～4個周期的短期兩段滲氮。每一周期前段采用15％～35％的氨分解率，在520±10℃滲氮，使表面氮含量提高。待氣氛與表面逐漸達到氮的吸收與擴散的亞平衡時，轉入第二階段，即升溫至560±10℃(30CrTi2升至630±10℃)，并