什么是一段渗氮、二段渗氮和三段渗氮,各有何优缺点

来源:热处理网作者:夏立芳

    根据渗氮温度的不同,渗氮分为一段渗氮、二段渗氮和三段渗氮三种。

    (1)一段渗氮。即等温渗氮,是在同一温度下长时间保温的渗氮过程,其工艺曲线见图5-14。渗氮温度一般在480~530℃之间,实际生产中多用500~ 520℃。一段渗氮保温初期的20h,在工件表面形成氮化物,为了获得高硬度的表面层,氨分解率控制在下限,以利于工件表面吸收大量氮原子,提高表面氮含量;同时,在表面形成弥散度大的氮化物,以提高表面硬度。在渗氮中间阶段,表层氮原子向内部扩散,增加渗氮层深度。这一阶段采用较高的氨分解率,一般为30%40%。渗氮最后24h为退氮处理阶段,目的是降低表面氮含量,以降低渗氮层的脆性;并且增加渗氮层深度,使硬度梯度更为平缓。这一阶段可将氨分解率提高到70%~90%

 

38CrMoAlA钢一段渗氮工艺曲线

 

    5-14    38CrMoAlA钢一段渗氮工艺曲线

    一段渗氮后,渗氮层硬度约为1100~1150HV,脆性较低,工件变形小。缺点是:由于温度低,所以渗氮速度慢,生产周期长。该工艺适用于渗氮表面硬度要求较高而渗氮层深度较浅的精密零件。

    (2)二段渗氮。二段渗氮的渗氮过程分两个阶段进行,各段的渗氮温度和氨分解率都不相同,其工艺曲线见图5-15。第一阶段的渗氮温度和氨分解率与一段渗氮的强渗段相同,采用较低的渗氮温度(500~ 520)和较低的氨分解率(18%~25%),保温约15~20h(根据要求的硬度和渗层深度而定)。由于温度较低,在工件表面形成弥散度大、硬度高的合金氮化物,但深度浅。在第二阶段将渗氮温度提高到550~560℃,氨分解率提高到40%60%,以加速氮原子向钢内部的扩散,增加渗氮层的深度,并可缩短渗氮时间。由于第一阶段形成的氮化物稳定性高,在第二阶段虽然提高了温度,但并不会引起氮化物的显著聚集和长大,冈而硬度降低很小,大约在850~1000HV之间,且使渗氮层硬度分布均匀。与一段渗氮一样,渗氮第二阶段结束后,也要进行退氮处理。

 

38CrMoAlA钢二段渗氮工艺曲线

 

    5-15    38CrMoAlA钢二段渗氮工艺曲线

    与一段渗氮相比,由于二段渗氮温度较高,故渗氮后表面硬度稍低,畸变亦有所增大,但渗速较快,生产周期较短,适用于渗氮层较深及批量较大的工件。

    (3)三段渗氮。三段渗氮是在二段渗氮的基础上,对所存在的一些不足改进而形成的,工艺曲线见图5-16。将第二阶段的温度适当提高,以加速氮原子的扩散,增加渗氮层厚度。第三阶段的温度与第一阶段相同或稍高,可以提高表面的氮浓度和硬度。因而渗氮速度比二段渗氮要快。

 

38CrMoAlA钢三段渗氮工艺曲线

 

    5-16    38CrMoAlA钢三段渗氮工艺曲线

    比较这三种渗氮工艺,一段渗氮时间最长,二段渗氮的时间为一段渗氮时间的70%,三段渗氮的时间为一段渗氮时间的60%。可见三段渗氮大大地缩短了渗氮周期,提高了生产率;但在硬度、脆性及工件变形等方面较差。