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滲氮熱處理有哪些工藝_91化工儀器網(wǎng)

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放大字體  縮小字體    發(fā)布日期:2019-09-02  來源:儀器信息網(wǎng)  作者:Mr liao  瀏覽次數(shù):114
核心提示:滲氮熱處理有哪些工藝滲氮又稱氮化,是指(在一定溫度下當(dāng)爐內(nèi)氣氛達(dá)到一定要求的情況下)將氮原子滲入到金屬工件表層,使其表面形成一種能夠提高零件表面硬度和表面耐磨性的一種化學(xué)熱處理工藝。氮化可以分為:氣體氮化、液體氮化和離子氮化。本文主要介紹一種新型氣體氮化工藝 零流量氣體滲氮。根據(jù)不同工藝載體,氣體氮化可以分為:傳統(tǒng)氣體滲氮(100%NH3),可控氣體滲氮(NH3+DissNH3或NH3+N2)和零流量技術(shù)滲氮(100%NH3)。傳統(tǒng)氣體滲氮工藝傳統(tǒng)氣體滲氮工藝由德國AFRY在1923年所發(fā)表,將工件置于爐

滲氮熱處理有哪些工藝

滲氮又稱氮化,是指(在一定溫度下當(dāng)爐內(nèi)氣氛達(dá)到一定要求的情況下)將氮原子滲入到金屬工件表層,使其表面形成一種能夠提高零件表面硬度和表面耐磨性的一種化學(xué)熱處理工藝。氮化可以分為:氣體氮化、液體氮化和離子氮化。本文主要介紹一種新型氣體氮化工藝 零流量氣體滲氮。

 

根據(jù)不同工藝載體,氣體氮化可以分為:傳統(tǒng)氣體滲氮(100%NH3),可控氣體滲氮(NH3+DissNH3或NH3+N2)和零流量技術(shù)滲氮(100%NH3)。

 

傳統(tǒng)氣體滲氮工藝

傳統(tǒng)氣體滲氮工藝由德國AFRY在1923年所發(fā)表,將工件置于爐內(nèi),在500~550℃時將氨氣通入到爐內(nèi),保持20~100h,使氨氣分解為原子狀態(tài)的(N)和(H),是(N)和金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)實現(xiàn)滲氮處理,從而獲得工件表面的高硬度,良好的抗疲勞性能,提高耐腐蝕性。通常滲氮層的厚度為0.02~0.2mm,表面硬度能夠達(dá)到1000~1200HV。NH3分解率取決于流量的大小與溫度的高低而有所改變,流量愈大則分解度愈低,流量愈小則分解率愈高,溫度愈高分解率愈高,溫度愈低分解率亦愈低,NH3氣在570℃時熱分解如下: 

 

NH3 〔N〕Fe+2/3H2

 

分解出來的N,隨而擴(kuò)散進(jìn)入鋼的表面。這種傳統(tǒng)的氣體滲氮工藝對于滲氮層深度的控制十分有限,而且由于通入的是100%氨氣,生成的滲氮層由e+g +a相疊加而成(見圖1)。通過多年的工業(yè)實踐,通常氮化表層的e+g 相(通常極其厚且脆)在熱處理完成之后要被打磨掉,增加了額外的生產(chǎn)成本。

 

可控氣體滲氮工藝

可控氣體滲氮是在50~60年前推出,與傳統(tǒng)的通入100%氨氣的工藝相比呈現(xiàn)出很多的優(yōu)勢??煽貧怏w滲氮工藝采用氨氣+裂解氨或氨氣+N2,氣體通過適當(dāng)?shù)谋壤M成和調(diào)節(jié)通入反應(yīng)室,可以得到所期望的滲氮層,這里包括e+g +a相,g +a相或a相,并且在一定區(qū)域可以得到希望的滲氮層厚度;滲氮層的組成由溫度T和氮勢Kn兩個參數(shù)控制。圖2是兩種工藝氣體的工藝圖。由于滲氮層可以控制,可以避免滲氮層的缺陷產(chǎn)生。從而省略熱處理后e+g +a相滲氮層進(jìn)行打磨的工序,降低生產(chǎn)成本。然而,這種采用兩種成分氣體的滲氮工藝和傳統(tǒng)工藝一樣對氣體的消耗量也是相當(dāng)大的。

 

此外,這種工藝還存在其他的弊端。由于氨氣NH3+氮?dú)釴2的滲氮工藝存在氮化不平衡特性,使它比氨氣+裂解氨的滲氮工藝在滲氮層生成控制精度要差一些。但是,使用氨氣+裂解氨需要安裝氨氣裂解器,也會增加額外成本。

零流量滲氮工藝

零流量滲氮工藝是經(jīng)過多年實踐開創(chuàng)的一個新技術(shù),所謂的零流量是指在可控滲氮過程中只使用氨氣一種工藝氣體。與氨氣+裂解氨或氨氣+氮?dú)獾墓に囅啾?,零流量更為簡單。通過調(diào)節(jié)進(jìn)入氮化室氨氣的流量來控制氮化過程中的氮勢Kn,零流量工藝獨(dú)特先進(jìn)性就在于氮化過程中在某一時刻進(jìn)入氮化室的氨氣流量為零,這一點(diǎn)擴(kuò)大了氮化室中氣氛成分的分解范圍,也就是增加了氮勢Kn。

 

零流量簡單控制原理就是通過氣體分析儀設(shè)定的目標(biāo)來控制氨氣注入閥周期性的開關(guān)來維持氮化室內(nèi)需要的氣體成分,也就是氮勢Kn的設(shè)定值。

 

零流量這個概念是基于實踐和理論而得出的,通過在試驗室使用石英管氮化試驗設(shè)備和在工廠使用帶有金屬殼體氮化室,并配有循環(huán)風(fēng)機(jī)的真空氮化爐中進(jìn)行試驗。在兩種氮化環(huán)境中分別使用氨氣(零流量),氨氣+裂解氨和氨氣+氮?dú)馊N工藝氣體對樣件進(jìn)行氮化處理。

 

通過在這兩種試驗設(shè)備中進(jìn)行試驗得出的數(shù)據(jù)表明滲氮層的生長速度只取決于滲氮室中的氣體成分或氮勢Kn,它即與注入氮化室中的工藝氣體(氨氣、氨氣+裂解氨或氨氣+氮?dú)猓o關(guān),也和氮化環(huán)境無關(guān)。這個實驗也證明在真空氮化爐中進(jìn)行零流量滲氮過程中,周期性的切斷氨氣的注入,對滲氮層的生長不會產(chǎn)生影響。


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