离子氮化技术部分应用介绍

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离子渗氮作为强化金属表面的一种化学热处理方法，广泛适用于铸铁、碳钢、合金钢、不锈钢及钛合金等。零件经离子渗氮处理后，可显著提高材料表面的硬度，使其具有高的耐磨性、疲劳强度、抗蚀能力及抗烧伤性等。    离子氮化作为七十年代兴起的一种新型渗氮方法，与气体渗氮相比具有渗氮速度快、渗氮层组织易于控制、脆性小、无环境污染、节约电能、气源、变形小等优点。
　　脉冲电源用于离子渗氮，则是近十年来离子渗氮技术的发展，它能进一步节约能源、提高工作效率（缩短打弧时间）、工艺参数独立可调便于操作、渗件表面质量好、更利于深孔，狭缝渗氮。
    随着二十多年离子氮化技术和设备的发展，愈来愈多的人们认识到离子氮化技术的重要性并加以利用，取得了可喜的成绩。下面就离子氮化技术在汽车工业的应用前景，结合我所在离子氮化工艺和设备的具体研究状况，作一简单介绍。由于我们认识能力和技术水平所限，如有不足之处，欢迎各位专家和技术人员指正。
+ h- M5 a# N8 U, y" }# n5 F    一、可应用于汽车工业的典型零件
! S* r; g9 {2 x* p* k, W    理论上，需要提高材料表面硬度、耐磨性、疲劳强度、抗蚀、抗咬合和粘结能力，且氮化后其综合性能能满足零件的服役要求，具有较好的综合经济指标的一切零件均可采用离子氮化处理。汽车工业也不例外。
    目前，汽车工业已有不少零件已采用离子渗氮方法处理。其典型零件有：曲轴，凸轮轴，气门，缸套，活塞环等。
# B# Z) N- I3 _4 d: c    据不完全统计：目前在全国各发动机主机厂及曲轴厂所拥有的离子渗氮设备约50台，如以处理6105曲轴计，日处理产量可达1400根。
% b* i6 x$ B& L, _% J; k4 r    东风汽车公司在生产轻型发动机生产流水线上，已采用脉冲离子渗氮设备处理凸轮轴，每炉日处理凸轮轴300根。
    东风汽车公司制泵厂对EQ1141G柴油机的主机油通道板及转向曲动环采用20钢进行离子软氮化处理代替从美国康明斯的进口元件，获得了较好的综合经济效益。
    东风汽车公司还在部分齿轮上进行离子渗氮处理，已初步获得成功。
    二、离子渗氮设备进展
    我国从七十年代大规模开始研制离子渗氮设备及生产工艺到今天集中到极少专业设备制造研究所和生产厂，已有二十多年的历史。目前无论是设备运行的可靠性及使用规模或工艺研究均达到或接近世界水平。
( C  l( h9 ?3 M4 I/ I9 K: `, G    我国的成套离子氮化设备其发展历史，主要是电源发展的历史，大体经历了分立电路、集成电路、脉冲电源三个主要阶段。
    分立电路大体运用在70年代和80年代前期，限于当时电子元器件生产水平，多采用两组三相半控桥式整流串接方式。控制电路主要由六块触发板和综合板组成，由于电子元件技术指标的限制，尽管基本上能满足生产的要求，就整体设备而言，其电路的调试难以掌握，稳定性也较差，设备维修、操作均存在较大困难，对操作人员要求比较高，设备的质量也存在较大问题。
: x. T& M2 B" g- t2 |. O    80年代中后期，我国研制成功集成控制电路触发器。这时主电路采用的主要有两种方式：一种采用单组三相半控调试整流电路，其控制主要由一块触发板和一块综合板组成，输出电压为850V~1000V；另一种仍由两组三相半控桥式整流电路组成，其控制主要由两块触发板和一块综合板组成，输出电压为1000V。今天，随着技术的进步以及人们对氮化技术认识的深入，所考虑的问题也越来越多，直流氮化电源的控制方式仍在进一步发展。
    80年代后期及90年代前期，我国一些研究单位，先后研制成功脉冲电源。第一代脉冲电源主要由铁科院研制成功以GTO为电子电力可关断器件的脉冲电源，并有少量投放市场。其脉冲频率为800~1000Hz。随着电子电力器件技术的发展，九十年代国外部分国家相继开发成功IGBT快速可关断电力器件，其响应频率可达40kHz，因此，一些研究单位开始着手研制以IGBY作为可关断电力器件的第二代脉冲电源。
    三、离子氮化工艺技术
    近二十多年，国内有关研究所，大型院校对许多金属材料进行了离子氮化工艺的研究，同时也运用离子氮化设备开展了离子碳氮共渗、离子硫碳氮共渗等工艺研究，在运用离子氮化设备处理零件方面积累了宝贵的工艺经验，形成了大量的实际处理工艺。为了扩大离子氮化的应用范围，一些高等院校、研究所还开展了快速深层氮化工艺研究，并已在生产过程中运用成功。
5 @, Y3 _9 O% ~    四、应用实例
    １、柴油发动机曲轴：
          山东曲轴总厂：
          LDMC设备26台。
          日处理曲轴6105、6110曲轴达700多支。
9 @& N+ w2 U+ Q: B          材 料：球铁（QT90-2）
          技术指标：表面硬度：HV5≥400
3 p3 ~0 p* ]; ^' O" g3 X          层 深：≥0.10
          采用离子碳氮共渗工艺。
4 k9 ?2 I9 J3 M4 c1 C          东风朝阳柴油机公司：
          LDMC设备3台。
          日处理6105曲轴120多支。
          材 料：42CrMo
          技术指标：
          采用离子碳氮共渗工艺。
1 w, J/ q8 H! s8 H    ２、凸轮轴：
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1 O7 g2 Z: g( c$ n4 n. @5 ^          东风汽车公司主机厂：
          LDMC 设备一台。
( d$ d4 d5 ]0 U% r! s; r1 d6 e          日处理轻型车凸轮轴300支。
: o1 W- Y: t+ h          材 料：合金铸铁
          技术指标：化合物层深：0.010~0.018（mm）
9 ^3 [( F# j7 d+ g% r          表面硬度：HV0.2≥600
; i4 L2 f$ r  ~7 e) e" X          采用离子碳氮共渗工艺。
6 N$ ~% y! P7 i9 a' N4 o% U" r    ３、铃木462Q活塞环
; N) }2 K$ w/ A7 [7 y! h          材 料：50CrV
          技术指标：HV0.2≥750
          层 深：≥0.15（mm）
3 G# U, S% s) M3 m+ B6 M          采用离子氮化工艺。
8 `4 k4 N  W/ f+ H) C/ o& D    ４、机车柴油机进排气门
          乌鲁木齐铁路局配件厂：
          LDMC-设备一台（1987年订购LD-75A设备停用）。
% c4 a  e0 ~$ z2 z          单炉处理气门挺杆300支。
          材 料：4Cr14Ni14W2Mo
          技术指标：HV0.2≥800
4 m6 d: n/ Y( w3 B9 h% x          渗氮层深：≥0.06（mm）
0 F4 W, u1 s  z; |# ]          采用离子氮化工艺。
    ５、EQ1141G主机油通道板
          东风汽车公司制泵厂
( T9 p. k: }, f8 z; `8 O4 K! @+ F0 o$ R          材料：20钢
, Q1 ?0 b( ~$ |          技术指标：HV5≥210
          化合物层：≥0.007（mm）
- U- I2 A6 u' {, d% n          总 层 深：≥0.25（mm）
* b7 g8 p+ K: o/ N$ g          采用离子碳氮共渗工艺。
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    ６、转向驱动环
0 M3 C; |: Z& }8 W' M          东风汽车公司制泵厂
4 K) d# x5 k2 p7 q( X) R          材 料：20钢
* u# C7 u% b$ C3 X& n9 S  y3 T. b          技术指标：HV5≥210
1 Z$ G3 Y! O2 l7 l. D' l; u          总 层 深：0.25~0.40（mm）
          化合物层深：≥0.007~0.016（mm）
          采用离子碳氮共渗工艺。
    ７、活塞环
9 ^' m( h& ~" G! j* a2 I! S          江苏仪征双环活塞环有限公司
          材 料：钒钛合金铸铁
          技术指标：HV0.1≥800
3 |6 D. a; O" f  z- M- k; A          渗氮层深：≥0.132（mm）
! I: O0 G% ]; u. P# T          采用离子氮化工艺。
! r. w! S: d5 F/ o! {/ H    五、齿轮
. W# j) P" S4 D/ g    离子渗氮工艺处理齿轮，温度较低。经离子渗氮处理后，具有变形小、噪声小、耐磨损、耐疲劳、抗腐蚀等优点。对于7级、8级乃至于6级精度的齿轮经氮化处理后，不作任何加工。对于中、轻负荷和中、小模数齿轮，效果好。所以在许多机床厂、减速机厂得到了广泛应用。