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[分享] 渗氮(软氮化)的常见缺陷

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发表于 2006-6-23 22:31:02 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自: 中国江西九江

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一、硬度偏低+ r, {$ }: T+ X( H
  生产实践中,工件渗氮(软氮化)后其表面硬度有时达不到工艺规定的要求,轻者可以返工,重者则造成报废。造成硬度偏低的原因是多方面的:
6 @/ O6 w$ h3 ]  u, q/ l' U& z' [) v6 T1 r2 }/ A7 j. m: A

  c1 z0 b" V  l- Q: o, ?: g设备方面:如系统漏气造成氧化;, ]/ l( a  U5 u  A5 g

& R) h0 l/ I3 C; V" B1 A) X( H+ b0 g" A+ r( k
材料:如材料选择欠佳;( W; B  \% p: w/ Z3 A6 Q; P
0 h- E+ W* }& x1 n( n

3 z8 ]2 M# ]7 W( A; t& g/ G8 D前期热处理:如基体硬度太低,表面脱碳严重等;
8 |3 r. ?; l4 O* e
7 _7 R  L3 R! `$ n3 e
$ r8 ~3 h4 ?' t2 T6 I1 C. T预先处理:如进炉前的清洁方式及清洁度。/ L& O% ~% e, ?+ u! P! k+ C
: t9 }  B6 W. U
3 r( R6 D3 u4 A5 [- g- Q# R7 n
工艺方面:如渗氮(软氮化)温度过高或过低,时间短或氮势不足等等。
+ l) }' j6 m% A' q3 q) \: I+ T% S( N& ~& n  u& A" d2 i
+ |! Q. N* E, p
所以具体情况要具体分析,找准原因,解决问题。
) p) x0 \* L0 {6 m/ K二、硬度和渗层不均匀
3 N% {) e$ @* a; ]# h  装炉方式不当;5 x6 [1 b; M% \' `
8 f2 Y$ |$ h/ @7 ]! M. ]- V
8 Q7 T4 h  F7 ]+ I
气压调节不当;
0 ]8 X6 Q: F' K# y: z  N$ x8 c* X" _# G# Q2 l: p

9 r% u8 }; M2 [# u温度不均;1 E/ X0 u" K7 f! p
" Y6 U3 ?# p) ~4 A$ t

0 F! M3 M4 l5 B% u$ O" N炉内气流不合理。1 X  V' x! L( R4 `( E# o4 @
8 G- _, h' o9 E4 p" N0 v% z; {+ J" E

8 f% m2 l. E1 K三、变形过大
/ s3 m; d: b. E- T/ @! o  变形是难以杜绝的,对易变形件,采取以下措施,有利于减小变形:
7 X; y* H* b! w" w2 M
! \) s6 o, {% r/ a, A2 b, n+ r& N9 r5 _& W4 Q
渗氮(软氮化)前应进行稳定化处理;
) }5 c6 m3 e, X4 U8 X
+ c3 j# e" F/ ]- c& i5 g2 g, [
: Q) B7 f4 K9 G6 q渗氮(软氮化)过程中的升、降温速度应缓慢;5 b( a4 e* w. |  q( U
) X# U) A' G9 N7 n% q9 @
7 h6 G* A  o! e) U! R5 P
保温阶段尽量使工件各处的温度均匀一致。对变形要求严格的工件,如果工艺许可,尽可能采用较低的氮化(软氮化)温度。4 v" W. I; C4 ]+ d( D7 h* A4 F
四、处观质量差
% R" A1 g. d7 q* o9 j0 o5 E  渗氮(软氮化)件出炉后首先用肉眼检查外观质量,钢件经渗氮(软氮化)处理后表面通常呈银灰(蓝黑色)色或暗灰色(蓝黑色),不同材质的工件,氮化(软氮化)后其表面颜色略有区别,钛及钛合金件表面应呈金黄色。     3 d4 k3 Q8 I( W
, `6 t  F( [9 x

. V) }8 o/ ]5 |五、脉状氮化物
# e# t' ?+ h% W2 O5 y  氮化(特别是离子氮化)易出现脉状氮化物,即扩散层与表面平行走向呈白色波纹状的氮化物。其形成机理尚无定论,一般认为与合金元素在晶界偏聚及氮原子的扩散有关。因此,控制合金元素偏聚的措施均有利于减轻脉状氮化物的形成。工艺参数方面,渗氮温度越高,保温时间越长,越易促进脉状组织的形成,如工件的棱角处,因渗氮温度相对较高,脉状组织比其它部位严重得多。

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发表于 2006-6-27 17:54:53 | 显示全部楼层 来自: 中国江苏南京
早就想找这资料,但还不够详细。
发表于 2006-7-26 16:33:07 | 显示全部楼层 来自: 中国江苏无锡
了解一下,增长见识了
发表于 2006-7-27 13:43:23 | 显示全部楼层 来自: 中国山东青岛
分析的挺全面!!!!
发表于 2006-9-28 11:26:40 | 显示全部楼层 来自: 中国上海
氮化及軟氮化件的加工程序* L5 X7 k) e& k* Q. E
  氮化及軟氮化件的一般加工程序包括下列各項:
# G6 ^, q0 |# Y5 I 一、        原材料準備
0 d0 e5 I0 i* O9 x8 y 二、        預備熱處理: F* q! m! i# {1 k6 o, H
 三、        機械加工
$ z9 j( U! c# b+ G 四、        氮化及軟氮化前準備
( P1 h# w* t; x; Y# k* h# r1 o6 @ 五、        氮化及軟氮化處理
* U" x# _; f) d/ {& v, l" G, P( |! f0 a) W
  各項程序的主要工作內容及要求為:3 a5 d8 i! Y  B8 K

/ f3 V! y) b# @7 w程序        項目        目的和要求6 B1 _7 k# z9 G' {+ Q/ ~
一、原材料準備        進行素材之鑄造、鍛造、衝壓、擠壓、銲接等加工程序        改變素材的形狀,以達到尺寸要求,並不允許有變形、裂紋等缺陷
8 S7 Z* S4 p: E3 `! ~二、預備熱處理        進行完全退火、正常化、調質等熱處理        改善材料之組織和性能、減少變形,為機械加工和氮化及軟氮化處理作準備
, w& Q$ O  Y7 \$ E& k三、機械加工        進行工件切削及磨削加工        去除工件表面之脫碳層及各種有害缺陷,必要時可在粗加工後精加工前,增加消除應力退火處理,以保證零件精度9 u1 i; m0 N# I
四、氮化及軟氮化前之準備        進行工件之表面品質檢查及必要之清理;進行不欲氮化及軟氮化部位之防止氮化及軟氮化處理        清除工件表面之氧化皮、銹斑和油垢依客戶要求之部位做好防氮化及軟氮化處理. M) l0 x  Q7 p  ]5 v& I) s
五、氮化及軟氮化        依製程條件進行氮化及軟氮化處理        達到規範或客戶對於氮化及軟氮化工件硬度,硬化深度等特性要求
; ?* ~* I" O! L8 }氣體氮化及氣體軟氮化的操作; R2 e# _: I6 J4 w, f" o
 一、        氣體氮化的操作
2 t$ n  m0 j5 g7 j8 I0 I/ Z5 y        氣體氮化可分為下列幾個階段:
3 ~8 b, A. Y6 O1 H# P(一)        準備工件
8 `. {# s# M( H* r8 q  i; O  u(二)        裝爐
! C+ G6 F, @6 F" Z! ~; E(三)        升溫- _2 ^& [, T# C1 _0 H, C1 J
(四)        保溫) T. c* ~$ N1 `/ J
(五)        出爐$ m' |" i7 w" N- P% v, W) b: W2 J
(六)        異常處理
: K$ Q* t7 f9 w/ n3 }; Y2 i! N7 j0 {8 C$ h
        各階段的操作要點為:8 W5 E" p. l' ~5 }; L
(一)        準備工件% U- i2 V$ G/ Q
1.        將清理乾淨的工件及隨爐試片牢固地安放或吊掛在夾治具上,工件間應保持適當的距離,以確保氨分解氣氛循環流通和爐罐內溫度均勻。4 D( u5 t! O& i1 M
2.        隨爐試片應放在能反映及代表工件氮化品質的位置上。
# a3 I- B% {5 v4 x6 F3.        對於不銹鋼等表面有鈍化膜之待處理件,應經細砂噴砂或其它有效方法處理去除鈍化膜,以獲得新鮮的表面並於裝夾具後立即裝爐。/ Q" Z8 Y7 V. K5 {3 A
4.        氮化用夾治具應堅固可靠,並定期更換,以防止夾治具突然脆斷之問題的發生。
* j; ~) a1 Q- C. m5 Y6 O& j8 F(二)        裝爐
' I  T1 y  }  \2 G: r& l1 d" X1.        將裝好工件的夾治具平穩地裝入爐中,接通氨氣管路,蓋上保溫爐蓋。" w2 m6 h) A7 _  B/ k
2.        檢查氨氣管道是否暢通,以及有無洩漏  S! x, h* |( y
        一般而言,爐蓋密封處和管道接頭是最容易發生氨氣洩漏的地方;由於氨氣有臭味,所以一旦有洩漏的情形發生時很容易就可聞到其臭味;當發覺有氨氣洩漏的情形發生時,可利用下列兩種方法,確認發生漏氣的地方,並進行重新密封或進行必要之管路及接頭更換措施:7 V2 m7 H! P3 J7 j7 s/ O$ Q
(1)        利用蘸有鹽酸的玻璃棒,在可能發生漏氣的地方附近移動,當有氨氣洩漏出時,由於氨氣遇到鹽酸會形成氯化銨,所以會產生白霧,如此便可確認發生漏氣的地方。
5 c1 g" w" h9 j" b9 N8 w(2)        採用紅色的石蕊試紙或黃色的pH廣用試紙,將其浸水濕潤後貼在玻璃棒上,在可能發生漏氣的地方移動,當碰到氨氣時,試紙就會變色,紅色的石蕊試紙會變成藍色,而黃色的pH試紙變亦會成藍色。
* I; Z# b' p; A- {  i6 \- e
& F8 L5 ]: r/ p3.         檢查及確認電路和測溫儀表、氨分解率測定儀、流量計和壓力計等各種相關儀表是否正常運作。
, F: I5 z1 ]+ ?+ E7 N7 B(三)        升溫
0 l# @) B8 T% [        首先向爐罐內通入氨氣,將爐內空氣驅除,然後使爐子緩慢升溫,並逐漸增加氨氣流量。
& u8 i7 J4 ]- K(四)        保溫7 I- t: {$ K; z8 g
1.        保溫階段,可依工件對尺寸精度、表面硬度、氮化深度以及製程時間等因素而有三種選擇:2 r8 d' S) N/ d, y1 V
(1)        一段氮化  + D4 N4 t6 c  p" z3 g
又稱為等溫氮化,其氮化溫度在整個處理過程中不變化,早期此法應用最為廣泛,其一般的氮化溫度是480~530℃,保溫時間一般60~70小時,有時可放寬到50~100小時,主要視氮化深度的要求而定。5 k/ T2 n/ J7 W9 x, j& O
        通常而言經一段氮化處理後,工件的表面硬度約為HV950~1200,其主要的特點為氮化深度較淺,工件變形小,但氮化速度慢,處理時間長,較適於尺寸精度要求高的工件之處理。! {6 S# q/ u; L

$ m; {7 x# ^! |& i
8 }$ G( x- {$ t" [- K(2)        兩段氮化  
$ p, q, |, T( {" \3 v4 s5 A4 M* p為了加快氮化速度,及獲得更深的氮化深度,可採用本方法,先在510℃保溫,再升高到530~540℃保溫,兩段的保溫時間可以相同也可以後段略長。3 U/ n! }  H" w
, T& y+ t- t0 U8 D# B% f

5 T# ~. C, B& N: [! ^- \, @; n        本方法所獲得的工件表面硬度較一段氮化法所得者低HV30~50,但保溫時間則比一段氮化縮短了1/3左右,適用於要求較深的氮化深度及批量較大的工件。2 I( x. j  I! f& A1 z

: a. Z) m0 P( n2 y  S# ]* G! P/ v(3)        三段氮化  0 [4 |) w; U# i. t% K7 d5 M
本方法係在510℃保溫後升高到550~560℃保溫,再降溫到520~530℃保溫;保溫時間大約各佔1/2。本方法所獲得的工件表面硬度與兩段氮化相似,氮化速度快,但由於處理溫度略高,所以工件變形略大,較適合於對尺吋精度要求不高的工件之, L- C. j- j) X2 ]8 ?5 }

/ f; Z9 ^9 B' O4 t' M% Y" J        以上三種方法,在保溫結束後都應進行退氮處理,以降低氮化層脆性,一般係將排氣閥關小或關閉,並將進氣閥關小,以減少進氨量,使爐內氨分解率高達85%以上。在滲氮溫度保持2~4小時,如此可減少工件表面氮濃度而減少氮化層脆性。
& Z5 o# P! F! g        每30~60分鐘應測定並記錄氨分解率一次,並且記錄是否有其它異常情況發生。
" Y3 b& F' i! n/ \# X6 P2 K(五)        出爐; f5 V0 [7 g& A# M1 A6 x
1.        氮化處理完畢後,將工件留在爐內緩冷至200℃以下出爐,在此之前,爐內應保持正壓,以防止空氣洩入;也可將爐罐吊至爐外,加速冷卻,但罐內仍應保持正壓,以免工件表面因氧化而成藍色。' z8 I5 q# d( c0 q
2.        將夾具平穩地吊出爐罐並避免碰撞工件,以免造成脆的氮化層剝落或工件損傷。
2 w$ h' B& S" M: n3.        出爐後即可小心的將工件及隨爐試片取下。5 \6 ?! F0 i% L1 E
(六)        異常處理
6 y% J% W0 l# j8 @" v' a        氮化處理過程中如發生停電等異常事故,仍應繼續不斷地向爐罐正常通入氨器,不可停止,待繼續供電後,再升溫至氮化及溫度,並適當延長保溫時間以確保證氮化及件之品質。
' E* @' y8 w% ~% ^
+ a# E- u8 H6 w8 n7 A; c
/ k8 `) R0 R3 z  b) P氣體軟氮化的操作+ y( n5 |# ]  m+ D
  氣體軟氮化可在氣體滲氮爐內進行,滲劑可以根據不同的材料和性能要求選用不同配比滴入滲氮爐中,並可隨時改變其滴量,以達到靈活調整爐氣成分和活性的目的。* a& G& ?: o" E9 J0 ?; A
 一、        常用氣體軟氮化滲劑有:
0 b3 U6 `6 q2 Q- r(一)        氨氣 (50%) +醇類 (甲醇或乙醇)(50%)8 d6 r2 U5 X/ c# d+ Y
(二)        氨氣 (50%)+吸熱式氣體 (50%)
  G. ?3 [+ o7 _& @" h0 E(三)        尿素 (100%) 熱分解
5 i( m. S( @* ?$ z$ \- ?(四)        含氮碳有機液體熱分解
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