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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
' ?: D- o3 t8 `# ]$ w  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:
3 G; }8 w8 Y- [8 S! s1 E& T3 m8 |6 ], f3 B3 R' g7 G+ M4 c8 U+ o5 R

. i( ~% F- [( S5 c0 {设备方面:如系统漏气造成氧化;7 `) N, V' |/ c# o' J) o& q

6 G5 D! d3 W9 N9 b
& ?: \' k- n" z$ p- X) c材料:如材料选择欠佳;
" \- t3 b3 \% C
+ g- j. c* G# F0 g0 U& }5 ~# }/ y: {% y% B
前期热处理:如基体硬度太低,表面脱碳严重等;0 e- L. H; K$ Y, p: T% i" z3 _# j

) `. l$ S, y2 o. [1 H# O* L
% L" N! o$ [: U4 u+ H# W3 I预先处理:如进炉前的清洁方式及清洁度。
4 z5 B" \5 \# X) y+ r% v" k* c8 R$ i. Y  n* e) R* l

- ]% W' J2 G" j$ j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。* f4 w" e/ J4 i+ o# Z, _

& @* R8 s$ ^+ p
" a. J/ A' p; B/ v' I$ K4 N所以具体情况要具体分析,找准原因,解决问题。
  ]! B% {+ ?4 H9 ?二、硬度和渗层不均匀
* L- ~  y0 Y4 z5 ?0 z  装炉方式不当;4 x: z: m2 {8 N# v
, e  G: g. l* s% n* Q6 C
+ P# S; c% m3 C: h! w  G
气压调节不当;' |" D3 e8 F6 Y
3 L' R0 D; Z. R6 {7 V- }0 p

% F, Z* J% Q% [- @/ h* R5 V温度不均;8 l7 B/ y& _. I9 r
- T: a$ P+ ^" U) w( }8 I* z

- v3 m- |' e% @6 j1 @, H% s) ~2 A炉内气流不合理。
, C1 O* w* @: i" \1 y/ R
5 W1 F3 p- ]7 p, U$ v
( l1 y8 z( f; O& e* g+ z! I+ ^' t, F三、变形过大( n, U& {) u5 M+ C* f
  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:1 i5 J$ v* I4 W( a* ^0 E

, r+ l8 M5 D$ l# }" q( _0 Z) s% \3 z
$ W* a' v- z* A7 ]渗氮(软氮化)前应进行稳定化处理;( b  b6 {9 _+ @. c3 L: k6 j

' X6 g1 l& N7 o0 k2 K& l  i4 k7 {( b
渗氮(软氮化)过程中的升、降温速度应缓慢;2 N: e7 \- I3 l& P) x3 C, m
2 k: Z9 C* H3 I/ I; ~1 z
7 R9 q( m  a- d6 t
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。
7 W; e8 [2 @2 T/ j; c四、处观质量差0 S! K* r$ |* g9 X. M* O) r
  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。     ( M1 T& n  k& Q1 F4 m9 {

  n- i$ Q& ?) F/ c5 f3 B3 p% w/ ]; I5 o
五、脉状氮化物
. b/ V! s1 B- |% h1 C4 O  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
* r: K, B6 T0 [9 m& ~  氮化及軟氮化件的一般加工程序包括下列各項:: \3 r8 D8 E3 O: y+ o5 @
 一、        原材料準備  F) g, L8 Y1 g* L  g. v- J
 二、        預備熱處理+ M+ H) x1 M6 S( }
 三、        機械加工3 M6 {4 L# \3 {. V: `0 V
 四、        氮化及軟氮化前準備
7 C  G2 t% `# g* N  H 五、        氮化及軟氮化處理
4 G2 H* \' J( c7 T" A5 ?0 W5 l9 i" k# t* K& q, x
  各項程序的主要工作內容及要求為:1 R% g' |4 N+ X$ ~5 y

8 c7 C, T  l* g程序        項目        目的和要求: f$ z6 q1 o+ |$ ^* x/ 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& e" N8 ?1 b4 d2 f( ~. t
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
! y. ?' f/ G; l. f% r2 t" d6 v( 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
  N4 r+ R4 C: F* r& w  ?0 ~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
* @3 Z1 f5 V! z' h3 V' Z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
) v, \' J5 V) Z+ R( d, ?氣體氮化及氣體軟氮化的操作
4 E& l( \/ V- L 一、        氣體氮化的操作* ]0 i. ^8 U3 {6 D* F) S
        氣體氮化可分為下列幾個階段:' L+ K2 S+ u6 G9 T! s
(一)        準備工件
; @0 s3 T6 c2 L: Y+ m- \/ F(二)        裝爐
) W  i3 |' X7 M+ o& q, ?(三)        升溫9 J" C* _) r/ F  m. q0 Z( `3 T. _
(四)        保溫
6 e4 C* o6 F  H# W1 _# C(五)        出爐6 m8 u# C# S! o/ r$ A$ p5 }
(六)        異常處理0 q- _% X6 s3 I* G8 C7 X
5 f, e3 u' j$ z0 h0 w
        各階段的操作要點為:
% C4 g2 n. F8 b3 c9 `/ J6 k(一)        準備工件9 g7 V) _9 f4 @! Z& ^2 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。
# I$ p- l- Z( b) y$ c& A2.        隨爐試片應放在能反映及代表工件氮化品質的位置上。$ |5 `; U3 d0 x0 A" E  `
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。
9 z0 u+ z0 E0 D- ^( A4.        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。
& E5 j, A1 O9 v" j2 y5 D% D  g(二)        裝爐
" F/ R- }  \+ V: S2 K1.        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。
6 N% Q. ^, p" Y% C8 ^; V/ V2 G0 u9 F2.        檢查氨氣管道是否暢通,以及有無洩漏5 Q/ B+ k8 k: j8 _. y9 w+ L
        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:
5 I7 ^) s( W3 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。
4 n; b1 X: M: h( |! v(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。
4 q# d- L9 ^2 g) ?, p
7 d+ T( `0 a1 s5 Y7 y2 C3.         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。1 X1 A7 C& u6 n$ v& r3 M: X- S
(三)        升溫, h6 Q  u/ T* P& z8 U: H
        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。/ I$ d; e2 M3 X, m! [4 F
(四)        保溫
7 M9 i- h! ^9 s; B% O1.        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:
0 i' o. U9 n( g2 A% S: ]+ ?(1)        一段氮化  : n+ w6 t, G4 a1 v. [5 a
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。
6 Y# B8 ?3 }  @" U+ B) H: f        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。
: A5 E% \9 K9 M- K6 l; K  G* o+ G' Q3 h* N) H$ R. q) U

, O2 J+ U# }8 G! u" W5 e6 l(2)        兩段氮化  % C; P& l( t* _# A
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, @$ B6 E  X1 L9 W7 u
& \" N: q" |# \4 [3 W3 E) a
  P, s) s; T1 h# l$ p
        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。
  z$ j6 p( x! i; y& @4 D$ W+ ^* E% \) v
(3)        三段氮化  , b2 Z7 z; o0 J  m4 [6 G/ m" p4 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- |* Y0 x; W# ~  b7 Z  d
2 `( Y* v2 k% t8 h4 V" u
        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。
) H+ X/ X: ^  d6 Z2 k0 H        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。2 x* M% O! @: F* b% p5 `7 c5 U
(五)        出爐8 X/ W( H1 @2 {7 z4 M1 s) a
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。
: x" a. t6 t9 C% w& `" S2.        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。
+ H0 W! X, l* x- R# ~( Q: C+ k: d3.        出爐後即可小心的將工件及隨爐試片取下。
7 W( X: y+ z( F* U) ~3 C(六)        異常處理
5 W+ h: p" B8 }* F4 X/ `+ w        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。  v2 K: w* ]( J' ]1 Z5 }
, k. c, L* m, P  @) C

& S* g1 k3 A: F- F  @氣體軟氮化的操作6 N; u. a. L% W
  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。
: ^/ y# i. l0 f 一、        常用氣體軟氮化滲劑有:
' l$ _$ l% z6 t3 G(一)        氨氣 (50%) +醇類 (甲醇或乙醇)(50%)! B. W% \! C+ e* Z
(二)        氨氣 (50%)+吸熱式氣體 (50%): Y2 f0 C" M/ N# g  K$ u
(三)        尿素 (100%) 熱分解1 e" J' u1 `: n$ q' r
(四)        含氮碳有機液體熱分解
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