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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' p* @. Z5 a( j  ]% u) P+ f
  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 J4 K4 W( j. A
. k, J: e: I; E4 k
3 U" p7 z& Z2 `5 L7 E0 S- D: n设备方面:如系统漏气造成氧化;
' n+ b! Y9 C4 |8 G1 x% p/ P! Y8 V/ n! r9 I% q) k
( {* \: [( x" M6 O9 b
材料:如材料选择欠佳;; e8 r) ^( @; \& g/ ]4 M, }

) x( P" Q" Q& \0 }$ J" G6 E8 ^, C1 @
前期热处理:如基体硬度太低,表面脱碳严重等;
$ F# I1 Z* ?1 G7 C7 l, G* l+ W
! e" U9 z5 {* I& f: Z
1 u! Y$ t- p- k- d预先处理:如进炉前的清洁方式及清洁度。! B- i3 x& Y5 W" Q2 B0 M
' u; T3 m- f# d- Z

3 n7 o, o$ r  t/ ]- A- N. e% 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。+ n' C" v1 r# U# d

& o5 p; W2 u, d+ w: F  P5 V7 F$ V9 b) Z* n! D% g& W
所以具体情况要具体分析,找准原因,解决问题。
# i1 e5 G, n; @! C% J6 ~; ]  K# h二、硬度和渗层不均匀. |5 ]/ N  Y8 d5 Z
  装炉方式不当;
/ F8 A9 y! v! n: X6 Z/ `: O7 b# b- S' t4 ?4 h  O) D" c
+ s, t! @8 s) ^: i% Z1 R) |
气压调节不当;
* z( x% A, u* [+ h; M( B& M1 Q- @, X6 W' h

* @' p% U# K6 A# m# \! v9 c温度不均;
8 H/ Y  b$ I( g# [
2 S1 `, Z2 ^/ b4 p0 i& O) r; l' W* X1 t1 I4 L2 f/ [8 z/ Q
炉内气流不合理。- ?" n; h& x/ Z4 Q% H
9 i0 T# V9 s% U: Y  R6 p% r

# j9 }! J' i, k4 q( Z! z: |三、变形过大5 R+ S. {$ S8 k6 K( s  w: A
  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:
. M  x" @- V# L  b6 v$ O( g; m: y/ |; G1 U( P/ i+ }( y

) G1 o7 E- R* n, s5 Z' c渗氮(软氮化)前应进行稳定化处理;" l6 [4 O3 w. m9 }

" W! _& v& s0 @0 ]% a( S5 z
. V% `: m, w) ^  u渗氮(软氮化)过程中的升、降温速度应缓慢;
/ M# W6 ]6 U- e
) M2 w9 X4 v/ v, K2 t) G  T( {* d  n( }. z( n& x
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 M+ a1 I$ g! p
四、处观质量差* P# e+ O% m. u, `1 o$ P
  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。     
' D+ [+ t  T% ~% }8 M5 K5 i" U$ f7 G( ~0 T. `! m
/ }( V/ T# L. e# ]" L+ d$ c: l8 T2 d
五、脉状氮化物
4 D3 A, H4 g1 E  a9 g; I  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
+ J% _4 E( N) H& o. j+ ~- E  氮化及軟氮化件的一般加工程序包括下列各項:
# N+ J5 H! x! v 一、        原材料準備) x# k; k" h! t" n) ?: X
 二、        預備熱處理
) o5 J  n( O) c; m9 I" T 三、        機械加工& X- v! k; o) h  l2 z  Z5 b- e: d
 四、        氮化及軟氮化前準備
- w" G5 _7 Y/ S5 ~ 五、        氮化及軟氮化處理
' z2 }+ c* t' J' a) B0 O3 _0 \* J8 n. N3 t1 R; `) p
  各項程序的主要工作內容及要求為:
, T% }# r% I1 p" F. t$ W  {3 N# q* R0 Y& H6 K  b* J* B$ `
程序        項目        目的和要求4 o. d$ n& m2 }
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) i3 x# n# Z% _6 Q
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
3 J- c' u3 B+ g: Q+ o* g0 v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 N9 R' v* P0 X' b9 ^1 v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% C1 U: a; @" B
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" d, e- T% o) f% C! ?& ?
氣體氮化及氣體軟氮化的操作/ s" g, ?0 l& X& m2 j3 w  _8 r
 一、        氣體氮化的操作
1 `- P0 ]$ @! }3 v) Q# S$ F        氣體氮化可分為下列幾個階段:
" q! \1 h. W9 E& e(一)        準備工件
, [4 O% r1 p% i& b* |(二)        裝爐
. |: `9 B3 T7 m& C7 j/ e(三)        升溫
( H( B5 }9 H3 z% \! o6 B5 b(四)        保溫
0 {) O% I$ x1 f; ]8 I(五)        出爐/ B$ A' t+ d  M8 }3 u6 o+ r
(六)        異常處理
  o) F0 Z# }$ i6 O; k$ d( G
  w6 l% I' x7 r" T; x6 p# t4 F        各階段的操作要點為:
6 a8 r+ n9 S- `& m( \(一)        準備工件- `7 Q4 i5 d' L, `( x! e/ V
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。2 l2 k  U  y) L& I0 L0 b6 F5 j
2.        隨爐試片應放在能反映及代表工件氮化品質的位置上。
$ p1 j+ L: l, Z- F3.        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。
  q: K$ p" r  U5 @0 O6 `/ b. s4.        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。
7 D9 k9 W# {9 r- a4 y(二)        裝爐
# ^: a2 j& u: j1.        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。
5 w( T& k7 Q6 [! N; u2.        檢查氨氣管道是否暢通,以及有無洩漏
; o0 ^7 R+ I8 Z! B& v- A5 J+ K6 e        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:
4 s- \3 o. a: B7 q* @  h* e" J(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。
" R+ m; T3 N2 Z! h(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。
% G) H1 Q" H/ P( P! g  j' ?; o, |0 M* ?- M
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。
/ B6 Q5 _% B3 C# L0 o1 @, c(三)        升溫+ P, `1 [5 \0 H2 t
        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。
& a  ~' W! r% R* [  j# X& _& {' G(四)        保溫
2 p3 q7 B! b. {; z4 c0 I) [/ q2 }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:% U1 G/ F) W% r; O& s/ }7 c( u
(1)        一段氮化  
! N  P+ R8 a' b# g* B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。+ C  P* F; w& t( d( H8 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。
/ Z) c+ E  P  b: N
1 m; F6 j; s5 @6 e4 o% `. f5 k  ~
& [; X9 h' ?8 a& e( m(2)        兩段氮化  
" p# v: p6 c% L$ \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。
; \# W  q- g9 Q. q) ]' L, ]4 D' \8 h$ ]/ O

9 h! ]* ~2 J$ f5 O% m1 p) ]; F        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。
# R* n0 R" Q1 U- h8 r. ]1 H
# v' y) L; D# [; b% u  _(3)        三段氮化  
( l" x6 J, U- ~+ ^3 X9 s! @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
" m5 f- c  J5 A' a, j1 F. J7 e2 [2 f: e2 E6 P% j# a4 P
        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。5 e* H' a7 x' F1 {' 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。
- B3 @$ c2 S- b7 L, X& @(五)        出爐
2 r, S, P2 d. q4 s& R4 X# v1.        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。
" M5 H/ q$ z0 U& h2.        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。& ]" b+ O- ?0 ^' b  N0 G
3.        出爐後即可小心的將工件及隨爐試片取下。: G7 ~( T  U) Q2 i- t- Q
(六)        異常處理/ ]& |) ]* a: n' H+ D1 p5 ?
        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。  W6 o1 T$ J# F9 a( S

/ J3 w$ W6 S+ S: q# v2 g& Y
9 x; Z" {  j1 j9 n5 c& O氣體軟氮化的操作
/ a* T- x) \. U3 Q  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。% L# H0 U+ s7 a2 T3 ^
 一、        常用氣體軟氮化滲劑有:" x& ?& ~: ]' S: X& t
(一)        氨氣 (50%) +醇類 (甲醇或乙醇)(50%)8 \' ^/ _3 B$ ]' x% x
(二)        氨氣 (50%)+吸熱式氣體 (50%)  w0 [( r5 W; I# \* u* k) L- c3 k# E
(三)        尿素 (100%) 熱分解
, K% M% z( f7 U  Q. ]) k% ~8 g" C(四)        含氮碳有機液體熱分解
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