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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
2 F+ A% w- I/ t1 l  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:
: ]+ E/ J7 u! t9 P$ H% h9 H$ G" O3 W) K3 a
' n' _# b! a1 o7 w
设备方面:如系统漏气造成氧化;6 J/ M  q6 u% @0 Q6 _* g
2 A3 c: _* j  A* I# A  H

0 v' H- G' d4 Y+ Q( L材料:如材料选择欠佳;
; y; N7 w! w5 A* L4 I. d9 x) v* t7 J: M) J
# k1 {9 W. B6 ~' D' {2 \
前期热处理:如基体硬度太低,表面脱碳严重等;5 n+ K2 D; W- C

$ A7 t) E* x) e4 \# n- T# o) r1 J
' C! H* V6 M/ \: A, H* N( p; a0 V预先处理:如进炉前的清洁方式及清洁度。
0 k7 g, T1 T# a$ R. N7 A) e
( y+ K- e, L- Z) v3 F/ K+ F7 b. m" ]2 h" U# f6 J. Y( P
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。+ `2 p/ |4 w. G' |8 _' ^
, U: ~/ B, v* d4 Q1 J% H, \
  }/ K+ v  f! w' m: x1 O0 H; @- j6 g9 h
所以具体情况要具体分析,找准原因,解决问题。
2 y7 F& x( j4 R2 `8 i9 m二、硬度和渗层不均匀
, {: Q0 V5 m4 x5 E: `8 [  装炉方式不当;1 V. u! T$ U. O6 _9 h

2 a$ O; P! Y2 K4 W. y  ^9 x) {
+ k, L8 d! J0 ]气压调节不当;
/ A' w8 n8 ^- D, Z  b: X& X% Z* w: a

! g0 N- U6 v5 A( K4 O温度不均;
% _- a7 v# s8 G2 ?; m) b( U7 f; X0 b5 j6 E. @, j9 ?! H, t
# \1 t# }  H0 }6 P3 Y. C1 F+ s
炉内气流不合理。
- i4 X9 ^) l7 n. A6 I4 {* ]. R8 q
+ D) K2 [1 U' [' W0 T1 D. K8 T& E; ]0 I
三、变形过大
2 u8 {$ s2 c0 V# U  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:: H* u& o1 e( T  O5 z

+ b& N; T! R3 K2 a% T
! D2 T& U8 F0 j+ x8 w8 o渗氮(软氮化)前应进行稳定化处理;
# ~# D; b2 o% W+ F! u! J, e
0 d. }* k! }4 \
5 E7 r' l" a) U9 u( [渗氮(软氮化)过程中的升、降温速度应缓慢;
$ ~, Y0 v- j- L$ C) K7 [8 l
+ S) Q& C, D- U; o# ]0 c
* I8 S! J6 R. ^+ o& E% n& m( c/ _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。
2 W: F/ y% H7 \) `' M- ]4 f四、处观质量差. Z& u4 q/ u4 e2 F% u7 W' H" _$ X
  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。     
7 ^( J: [- k8 y" R. P2 X/ v  w0 l! K  A" N5 P( [9 R/ \
5 E* e* m$ K& o8 x2 V/ S5 }; s
五、脉状氮化物7 P6 c6 N! i8 Q2 F* t1 g
  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
' l' N' m% L2 ^  氮化及軟氮化件的一般加工程序包括下列各項:
1 H) s7 f# F8 f2 i 一、        原材料準備
! Z9 \( l7 o0 a& O2 e% O 二、        預備熱處理" F& z3 Q$ {7 }6 Y% m1 ^
 三、        機械加工6 [# p2 _* |1 E9 B, x
 四、        氮化及軟氮化前準備
- u% ]& `6 d' i6 Q 五、        氮化及軟氮化處理
0 H7 ]4 x' g" r: m7 C
/ d9 h- p0 V" b5 B  i  各項程序的主要工作內容及要求為:7 V! \0 Z/ M8 {) Z6 H
# S" w. `/ G- Z
程序        項目        目的和要求# e3 N5 X6 {# r9 M2 M- j
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
1 H/ O7 n$ b/ B5 s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9 D8 @9 u  x4 _
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
4 @5 P* x% t) h" j, k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
4 E% K/ }/ k6 j+ k$ k. ^' M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3 }8 G) @6 B5 ?7 U0 P$ Y
氣體氮化及氣體軟氮化的操作
7 {1 X# T8 v! T, o% M; U 一、        氣體氮化的操作
  b" J6 A" H$ p; J0 |' d: U' f        氣體氮化可分為下列幾個階段:
% [# j) D8 `0 ]& v( H6 u0 D(一)        準備工件
# l& T' @( o# `2 X; O(二)        裝爐0 i% P( i  [8 R7 L: V7 @0 X0 M$ t
(三)        升溫6 m9 U2 O  ?7 O+ o& N4 R
(四)        保溫
3 k0 @1 c/ [$ W(五)        出爐
/ ^* g: `6 |% K) S  z4 t: \(六)        異常處理
  R( R6 {" Z4 S/ i  Z0 j6 j& u3 Q5 k+ {2 H5 e
        各階段的操作要點為:
2 w5 t  r; P3 N* _5 f(一)        準備工件: e: N3 C. ~  q( e
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。0 f5 c  u1 Z7 o
2.        隨爐試片應放在能反映及代表工件氮化品質的位置上。) v+ W0 A+ n) t1 o
3.        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。/ B7 b- H/ o2 B7 ^# b! `4 M1 y  t
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。
5 t& @. ]# g7 A(二)        裝爐2 ]3 {$ f; n" E- F2 e4 g
1.        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。
7 j2 K' d3 _" _$ K3 r, m$ [; \2.        檢查氨氣管道是否暢通,以及有無洩漏/ H0 h; h8 Y% I" x9 S! @
        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:) e' C8 a" q$ O  n) d, A7 n  L) p1 }
(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。
0 S# n* I3 T+ [# W+ y(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。
( p& I6 r. O# {! I+ M& h  z4 U( }  p2 O: b  Q) N3 W+ K- O+ N
3.         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。6 I1 y# I- n( q2 T
(三)        升溫
" }8 h  P" Z) ]        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。
6 r1 \4 [, m  G% l. S7 i8 ~# `(四)        保溫/ x1 U. A8 u& B, G5 `3 O; A
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:+ ~& B+ ~) y% c7 T3 M  z: ]% B
(1)        一段氮化  
2 R/ k4 q# D0 a+ s3 H' I) ]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。
% K: Q+ o9 N' O7 [+ P3 d        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。: p- _  B# v8 T$ Z+ Z: S
+ J( {1 [4 P* i3 A, k" b0 Z
5 c& X. M, r- p2 ~% ^
(2)        兩段氮化  3 m) c' ?! C7 _5 }* }; \
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。. u$ L. O: ?& X

! D% M0 E  B5 J
7 `$ S7 ^. X6 w- J% B$ f- f" R( |        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。
0 O& h5 @8 r; s5 l6 l
5 Y/ b5 S4 v, b9 S& G' Z4 s(3)        三段氮化  
! G( @# P/ E7 r7 e: ^! n! x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/ S6 h% a1 M; E3 g& e
) t: C- U5 [2 L7 y0 ^" c
        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。
  |) U1 K! H% D/ {        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。' J& ?7 ~7 u0 C+ e2 w! o) F6 A1 |1 _
(五)        出爐
4 ~5 `# J( y3 f/ R( }4 |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。
  {9 _5 k9 O& q& o8 g2.        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。
7 m0 Y8 A- S: L3.        出爐後即可小心的將工件及隨爐試片取下。6 a$ V& \3 R! x. Y  y2 Z
(六)        異常處理+ e& _6 `' u4 s2 ^% _3 Z' H* p9 c4 h' ^  y
        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。* [+ K7 V; l$ j

2 H8 r$ u! f/ I1 O! f9 K
3 z, `: U" b7 b! ~氣體軟氮化的操作( ~. L- O. o  B" {$ I) V
  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。. ?" r" \# t1 l
 一、        常用氣體軟氮化滲劑有:
: G/ q4 ^+ @% H- Y% y* G8 E(一)        氨氣 (50%) +醇類 (甲醇或乙醇)(50%)
* I; E5 m: q7 @9 r, {; ^(二)        氨氣 (50%)+吸熱式氣體 (50%): ~' F" O4 P- U" R/ a
(三)        尿素 (100%) 熱分解+ _7 {  p' }& B& l8 ?  w
(四)        含氮碳有機液體熱分解
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