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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
9 l( b2 B5 S. G# W9 C, k+ d3 C5 ]  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:0 w. v& x; s* m7 }$ G2 X
4 p9 W% d. @- u& c$ @

" y% h2 z0 X+ z6 J3 N设备方面:如系统漏气造成氧化;
& j! g! c9 m$ L- s1 Q7 F3 _' Y- S7 g4 c; E7 v$ f; t/ C2 m
. o4 Y6 u) H& ^$ N! C% B
材料:如材料选择欠佳;
0 q( n* W: r1 C( z! B1 G$ i$ k! u% _. j, Z$ ]" U

$ w. r: q/ C( a/ o9 ]" \7 p' U前期热处理:如基体硬度太低,表面脱碳严重等;
# a: }' G3 o! ?, ?0 V4 m; S2 `' s3 ~8 B! N( d' C
# O% d  N% C6 [2 a$ J4 D* m
预先处理:如进炉前的清洁方式及清洁度。) Y  G+ c) `/ p! _
, u5 o2 t: G7 W* Q8 R
% e3 \5 z: ]6 D( Q$ @
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。: U0 W( s, T4 Y# \8 K

2 k# a0 j* Q2 n: P( Q8 f1 t, G8 Z. o
所以具体情况要具体分析,找准原因,解决问题。& i# H$ a& B0 x2 b  |9 U, D+ `" s" c
二、硬度和渗层不均匀
# k) |: F- J8 E) U/ n  装炉方式不当;2 Z' A; t( Y: y% Z
. a0 G- J% {9 Z2 \9 }

0 X9 P4 n1 ?! H气压调节不当;4 L9 o0 L  D. Z( B4 m2 h( Y. Q

9 Z8 t: n' R; q9 |/ W
( p& t1 b) Q) f温度不均;% ~) a% Z& z4 p: o- J9 T" v

* V& m' ]. l! Z: u! x1 w: Y$ T# S) A# X) [
炉内气流不合理。
( m5 a) D+ D5 w3 t; i4 P
) c. o; q! Y& V
3 b: O8 R; N# b- w$ w三、变形过大8 m) _5 m  C; Q2 J: s" \) E
  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:# j3 G' h1 d; r
, W/ `4 i) U! N

4 Q' Q7 S/ ~4 \* R5 S7 N渗氮(软氮化)前应进行稳定化处理;
- w3 l6 R  Z; R! O& o8 g0 g  h) ^7 K4 U2 f2 M0 S2 F5 R. X
  ~7 N" j1 C  {/ O; @3 M
渗氮(软氮化)过程中的升、降温速度应缓慢;
( s6 r) L$ q! f" k: v) h' `2 }. W. v9 ~/ q. n0 ]* J

! Q2 c& I* {; g2 e$ M# K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。9 }0 o! F; A+ y/ t1 c7 ^' F
四、处观质量差! r  G1 Y2 Z2 M- P' k
  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。     
- r0 e4 }9 i9 w) w6 W! w: K1 }6 L+ o. C; s1 m

3 _2 {  h" j; V8 B. G0 [( L9 J五、脉状氮化物
7 n1 [) A$ T) Q2 D3 L  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0 m  Q/ I- m2 F- L% t/ v
  氮化及軟氮化件的一般加工程序包括下列各項:; }( Q% l0 l/ x7 v8 F
 一、        原材料準備2 p; o. y/ `7 P1 a
 二、        預備熱處理- X, ?# Y  i# y4 }- u* B+ j/ n
 三、        機械加工+ I1 r- n8 |# v/ P1 ]# P
 四、        氮化及軟氮化前準備; i: o5 |2 Z1 ?3 `+ O1 F
 五、        氮化及軟氮化處理9 P1 O) z& W7 G6 [
, r$ n, j  Z( }5 `$ l0 J8 U
  各項程序的主要工作內容及要求為:: l* O0 i' R' P8 j2 j) L

% X" h5 K. a6 f* i* O程序        項目        目的和要求
: [) k6 M5 z2 V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5 c+ l+ t4 M$ b: S! X5 o' Y
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
, N& }3 f2 B# [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 l2 l4 ]: Z6 i9 X3 W: l0 f! P6 i6 C
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" Q& X7 K; L& ?% q* x2 b: o
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" F1 l8 P5 \3 Q, \/ c% R
氣體氮化及氣體軟氮化的操作* i4 p& j: ?" t
 一、        氣體氮化的操作6 B* J* r1 v) w$ p1 Q( G+ J
        氣體氮化可分為下列幾個階段:9 G8 j7 V% E" L4 H+ ^. O: A
(一)        準備工件
3 v' {* t8 S0 v0 {2 s. m$ e8 {(二)        裝爐/ F2 W: E( ~* p$ P3 L! U8 P
(三)        升溫$ s( U- ]3 t  Q1 S* _
(四)        保溫
; h" Y% c/ d; q! q* J(五)        出爐  Q+ t  p& j" E" e0 S
(六)        異常處理
1 n+ M; L0 I+ V+ Y, |5 h7 D0 t$ \( d- I/ E
        各階段的操作要點為:) g) p6 x$ o( q& x# i- `- T8 r
(一)        準備工件
* }( u: i, A. X, R$ Y9 d1.        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。3 _# m- f. M4 `& |$ [
2.        隨爐試片應放在能反映及代表工件氮化品質的位置上。4 _5 D9 V; [4 L! F( J! ^$ v
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。
& z9 e, _. v  c! N7 t1 V4.        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。
3 j9 ]$ f8 |0 n8 T! E; W9 k(二)        裝爐" u0 G7 c% r  Q# v& [" Z' {- Y
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。) G% B# {7 ]% g5 i- _
2.        檢查氨氣管道是否暢通,以及有無洩漏) W' K/ X6 O0 L2 s, d+ 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:- s3 I' }# F  e% ]
(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。
$ b! l8 M8 m# M% ^% m$ H6 `(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& M/ [. O( I6 K5 w0 q3 j0 t
# B) d+ _3 t  E( }6 x( ?' F/ T3.         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。) ]3 R7 X1 n* L, F% P8 s
(三)        升溫1 E$ b6 k5 r+ j6 m5 o; o' I4 A
        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。; O+ [5 w2 q- J. h% \# ~' K; F
(四)        保溫; Q! M5 H- ^3 ^7 D
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:
! r/ m, o/ U) Z$ B# w(1)        一段氮化  % `' \( W2 p5 f1 ^8 v# _/ u
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。
9 c' L( j& X3 z8 u: u        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。
- y# h7 |' s, z5 D, Z5 q2 a' H) y' C8 v. E% D- Z

& E0 [2 Q" m2 T. J! A(2)        兩段氮化  ( }* ?7 x$ ~2 [
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。6 R4 [+ N+ d! u) s/ ^  n% ?
: q9 |, E9 N$ h
4 L6 ~0 i* U' \
        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。
/ K, O3 \8 K4 X: Z# S
  f/ `! ?5 y# N5 _0 x$ V(3)        三段氮化  
6 B; H3 g6 C( S' }0 \  a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: E; [4 i; J* H8 t5 p8 G
# x- x0 _& o' d) r
        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。
$ y' l$ [/ @2 O8 \        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。
: W; o. ^6 o5 Z1 d) T$ M) S1 I(五)        出爐
: E) h: ^  s; W* V, |- E$ Y1.        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。3 D$ G: m7 A8 w; }. _, e" i. F
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。
3 u7 ?5 y" e. o  Y" K3 A1 n3.        出爐後即可小心的將工件及隨爐試片取下。
+ B7 o! w4 c5 T0 K7 M$ o(六)        異常處理
# S1 w/ [1 j( B        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。5 x$ U3 ]/ y4 G) \  H; B; B' r
) c$ m& r% A) k  Q

  d* {+ p5 \! s+ y4 U氣體軟氮化的操作
1 F* E, a" m, r0 t5 A! b  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。
( H1 f* z# I1 t! Q, ? 一、        常用氣體軟氮化滲劑有:' Z" M! y" W+ d* n
(一)        氨氣 (50%) +醇類 (甲醇或乙醇)(50%)
  s6 I  c  J0 _  n(二)        氨氣 (50%)+吸熱式氣體 (50%)4 F! @: g. y- N- X
(三)        尿素 (100%) 熱分解, H. c+ i6 p7 y
(四)        含氮碳有機液體熱分解
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