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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
* _7 {' I! ]+ {0 |0 i; k  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:
4 J* v" n# K, F9 R
# t4 {/ g; T9 w/ y+ c4 M3 C" @: a% {) d. M4 R' p
设备方面:如系统漏气造成氧化;
/ t- C: S0 k3 h/ q0 K+ V9 E2 E* ~$ H2 }' Y5 a

) u9 {' A, }& s5 A" T0 @8 p8 H材料:如材料选择欠佳;5 K' M; \2 \; @
* c5 J; k" ~/ {  w/ U: K  h
, H3 E/ ?. ~7 D4 B) x! G" D  c. E
前期热处理:如基体硬度太低,表面脱碳严重等;
+ C* m, R  g$ l: u5 T. J; g
% o7 f$ s$ t1 J: G% ?9 u- j2 t. r, k3 Q
7 P+ z  i  D6 [' _7 \8 ]  w' X预先处理:如进炉前的清洁方式及清洁度。3 o2 o, B/ s) ^  T" i
3 n0 m9 M! C$ i3 a' i

' @$ ^- X' M7 A8 Y' _0 \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。5 X6 ~- t" N1 v$ A" t7 v! \- D# M
8 Y) _' s4 J& e( @7 f

5 j1 H8 M+ T" \: V. l( c$ E( F所以具体情况要具体分析,找准原因,解决问题。4 ]8 Z; ~  F) s( k9 @
二、硬度和渗层不均匀
# T3 M* c' Y. [4 g$ w! _. R  装炉方式不当;
4 |" q7 H0 a) i# E+ v3 y
( A5 H" ?/ n- X7 J; [- [, o2 X( O+ J5 M0 i+ N5 o7 L& p) z2 y, g: f
气压调节不当;
( O7 Q1 d. d5 U7 F. n) n! ?+ {1 b& H# a, w

+ Y) G' ~8 B: j9 M) J  }5 v! v% i温度不均;: Y+ b2 l- I; y: D, Y
3 \  r. Y9 ?: w/ C

4 L4 P* F7 O) ~3 E& P炉内气流不合理。
1 E) e2 M& l+ W; ^5 c8 \6 |: B9 P

0 M) c: w3 M3 z6 R1 k" p5 s三、变形过大
( ~7 x" c/ S8 R7 j2 A) z  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:  W) r" M4 D/ G1 D. a+ [) c/ T
8 f3 c( C/ e- R) W# U! `

  o# |  A* B9 {* w- D0 O渗氮(软氮化)前应进行稳定化处理;  n5 a: K5 ?5 O& m7 P$ e
! g4 f4 [* @* M# l
% _, k3 j$ g0 e( i/ R; Q$ V0 K4 {1 n  n
渗氮(软氮化)过程中的升、降温速度应缓慢;  [( p+ W% O. N  v6 b& B. m
: Y! A1 P$ c/ ]) t. G. }
8 F2 i+ H4 _' \0 ?0 G
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。  J: I5 N3 V+ q- @" y. V/ x
四、处观质量差
/ p. m- ]* b6 \$ X( o  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。     
9 i. w$ m9 }% H
1 j: Y% j& |. B& K" x. K+ N4 C0 O( A$ }6 G" ~0 Y- i+ ]$ {
五、脉状氮化物
8 n+ |7 x6 w- |  l5 ~) `5 t  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
5 Q9 J& z- o* L: h; X. B3 K% w  氮化及軟氮化件的一般加工程序包括下列各項:9 a/ K; q! c2 l+ A( w0 Y
 一、        原材料準備
5 O# z, b% T, P+ `1 r) r8 h* j 二、        預備熱處理
& C; S2 z( |  d# l' n* C# Q 三、        機械加工
- P  W2 Y$ i: Z: a4 v; U8 I( M* @ 四、        氮化及軟氮化前準備2 i& C3 ]! |' Q. B( c
 五、        氮化及軟氮化處理
/ C% U, n8 _6 b9 O2 M& q# o3 V  s/ h) V
6 a' i. o9 }; r& B/ V8 I  各項程序的主要工作內容及要求為:
. Z7 ~6 v- y8 p# i
! s1 Y' p: `( _" b. S程序        項目        目的和要求
) ]3 K# v6 A  R9 f! J! e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$ j1 B4 Q% q% {8 R/ c5 s5 ~1 U
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
- P& G, z9 f" ~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
1 T( R8 h6 H# c/ A" o* h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 B8 s! x, _! \6 q3 W' F' \
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
, s5 ]; O/ g' A! f! s) i氣體氮化及氣體軟氮化的操作
' G) k; \: w2 }6 A3 U 一、        氣體氮化的操作+ r7 V: D" S; E" `% K
        氣體氮化可分為下列幾個階段:* y. ^# S6 o* ]/ c
(一)        準備工件% ~# b; r% u  T, x
(二)        裝爐
5 e2 P" x; C1 Q, F4 l(三)        升溫1 L9 r$ e' n! K% L/ t. C) {  S
(四)        保溫
/ o1 H' {0 Y1 ^7 z" [! v0 j(五)        出爐
  H- [  H1 r' v+ g3 n# ]' V(六)        異常處理# j/ d" W3 N; O/ l/ a

! B8 X$ ]" q0 H" B' E1 W        各階段的操作要點為:) T# c3 O% ^' ?, p; \: `
(一)        準備工件
; @! w7 ^# f1 L* F- q1.        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。/ m' b" H$ O! W( U* w- z
2.        隨爐試片應放在能反映及代表工件氮化品質的位置上。
. M5 I6 O2 k% W# ?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。
- x) n7 E) u8 l4.        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 X/ H5 {! A: m' V) }: F(二)        裝爐; l: W2 Q" Z& v; h& I/ h) {% h; H
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。& ^2 H, K. D- t+ J& X9 [
2.        檢查氨氣管道是否暢通,以及有無洩漏  x2 T0 G, Q7 [2 Q$ f1 n+ i
        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:0 U' T, P% W; D
(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。) y7 J) q( m  k
(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。
! k8 @* ?4 ~% ~) {$ b5 n
8 _- @! r, x# K4 ]. r- Z3 J3.         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。
  ~. P6 b4 u1 l" `2 d(三)        升溫
8 z# z% Y6 Z+ \: ~# G        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。3 w) l  L$ ~2 g" S, [+ Y' D+ A0 O
(四)        保溫" `: f3 i) a7 w
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:
- ^$ r2 z, I* t/ X(1)        一段氮化  
* g# f+ X6 [( Z% h+ }- n0 X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。- T( g3 g$ A' w5 N; Q2 _; z- J
        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。
- d  o/ D% R3 [9 ?
4 M/ C5 ]4 M/ S5 ^. h* [3 U3 H3 C$ N- [  H* a
(2)        兩段氮化  ; W5 p0 M5 c' c3 N1 V3 F
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。# ~" w7 L9 @: K
  w% @* V3 a6 ]4 P* O

# [8 ~# p3 F" _1 O% V- W& 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。
6 i# z# _! O3 ?- q
2 s' _) l2 T; K(3)        三段氮化  . F4 I3 Y& }) ~9 Z. g  {5 j8 R
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. K( z5 \. y% M# O! Z

6 B6 O  R: F- D! n" Z        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。
- ]; C- h2 V' g* @3 D, F        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。
- a+ P% y. H6 l( ?7 d(五)        出爐  r/ L0 Y7 g0 U" y
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。  y# @& x7 f5 f3 A8 S" c+ V
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。
: D; _+ ?% |; O( W5 _5 I; Q3.        出爐後即可小心的將工件及隨爐試片取下。
( O1 _: z; p% Z/ K(六)        異常處理+ M: f2 F0 [9 P9 d% u1 K
        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。* n% Y5 W3 d: D7 ^4 P
0 I, A) Z" K- r$ b3 x$ h1 Y% g; m
# i* _; _, c7 ?& S; ^( l6 ^( z5 J! U
氣體軟氮化的操作3 E2 v8 r! b  X0 x
  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。
0 A) ], P6 a: `( P 一、        常用氣體軟氮化滲劑有:
4 d! q% K$ U2 |# z(一)        氨氣 (50%) +醇類 (甲醇或乙醇)(50%)% l( q' L7 C- a
(二)        氨氣 (50%)+吸熱式氣體 (50%)$ ^" n+ J% j( [* U4 F9 M/ B
(三)        尿素 (100%) 熱分解0 H( {- K' Q6 K, J3 y
(四)        含氮碳有機液體熱分解
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