氮化热处理工艺到底是怎么回事?

渗氮又称氮化,指使氮原子渗入钢铁工件表层内的化学热处理工艺,其目的是提高零件表面硬度和耐磨性,以及提高疲劳强度和抗腐蚀性。

 氮化又称渗氮,它是将氮原子渗入钢件表层的化学热处理过程。氮化处理是利用氨在一定温度(500~600℃)下所分解的活性氮原子向钢的表面层扩散,而形成铁氮合金,从而改变钢件表面的力学性能和物理、化学性质。

    氨气在400℃以上将发生如下分解反应:

    2NH3→2N+3H2

    分解出的氮原子被工件吸收从而形成氮化层。

    渗氮可以获得比渗碳更高的表面硬度(可高达1000~1200HV),耐磨性能及疲劳强度,并具有渗碳得不到的耐腐蚀性能;而且由于渗氮温度比渗碳温度低得多,渗氮后又不需要进行热处理,所以渗氮后的变形很小,因此在工业上获得了广泛的应用。

    渗氮与渗碳相比,渗氮的优点如下:

    ①有更高的表面硬度和耐磨性;

    ②有更高的疲劳强度;

    ③有较高的抗蚀性;

    ④有较高的抗咬合性能;

    ⑤工件变形小。

    氮化处理在工业上应用日趋广泛,而氮化处理的目的,也根据工件的具体情况有所不同。

    合金钢零件氮化是为了提高工件的耐磨性和疲劳极限,这种氮化称为强化氮化。多用于重要的结构零件。如发动机轴,气缸套筒,高速齿轮等。

    碳钢和铸铁工件氮化是为了提高其抗蚀能力,这种氮化称为抗蚀氮化。

。渗氮热处理工艺分为以下三类:

1、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。由于离子的轰击,工件表面产生原子溅射,因而得到净化,同时由于吸附和扩散作用,氮遂渗入工件表面。 

离子渗氮最重要的特点之一是可以通过控制渗氮气氛的组成、气压、电参数、温度等因素来控制表面化合物层(俗称白亮层)的结构和扩散层组织,从而满足零件的服役条件和对性能的要求。

2.气体渗氮 

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。气体参氮可采用一般渗氮法(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。这种工艺适用于渗层浅、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采用不同温度、不同氨分解率、不同保温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"C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、气体燃烧产物等的腐蚀。

3.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。

  • 发表于 2021-07-30 18:09
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  • 分类:机械

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