怎样制订气体渗氮工艺

来源:金属热处理标准应用手册作者:马伯龙

    (1)渗氮温度。渗氮温度对渗氮层的深度和表面最高硬度都有很大影响。随着渗氮温度的升高,获得相同渗氮层深度所需的时间缩短。渗氮后的表面硬度主要取决于氮化物的弥散度,即氮化物大小。渗氮温度升高,渗氮速度加快,在相同的时间内获得的渗氮层较深。若温度高于590℃,氮化物的弥散度减小,氮化物会强烈聚集、长大,使表面硬度显著降低。另外,为了保证调质后心部的硬度和强度,渗氮温度也不能太高,一般应低于回火温度。同时,提高渗氮温度还可能增加工件的变形。但是,过低的渗氮温度也是不可取的,因为工件不能吸收足够的氮,会影响渗氮层的表面硬度和深度,见图5-13。因此,抗磨渗氮的渗氮温度一般都在480~570℃之间,多用500~530℃。

 

渗氮温度、时间和对38CrMoAIA钢渗氮层深度和表面硬度的影响

 

    5-13    渗氮温度、时间和对38CrMoAIA钢渗氮层深度和表面硬度的影响

    a)渗氮温度和时间对渗氮层深度的影响b)渗氮温度和时间对表面硬度的影响

    (2)渗氮时间。渗氮保温时间主要取决于所要求的渗氮层深度,同时还与渗氮温度和渗氮用钢有关。渗氮层深度随保温时间延长而增加,且符合抛物线法则,即在渗氮初期增加较快,随后增幅趋缓,见图5-13a。当温度一定时,要求的渗氮层越深,所需要的渗氮时间越长。另外,由于不同钢种所含碳及合金元素不同,对氮在钢中扩散速度的影响也不同,所以不同钢种获得相同层深所需要的时间也不同。由图5-13b可见,渗氮层表面硬度随渗氮时间延长而下^降,这与合金氮化物的聚集长大有关,且渗氮温度越高,长大速度越快,对硬度的影响越明显。

    根据经验,38 CrMoAlA钢在510℃渗氮,渗氮层深度小于0.4mm时,平均渗氮速度为0. 01~0.02mm/h;当渗层深度为0.4~0.7mm时,平均渗氮速度为0. 005~0.01mm/h

    (3)氨分解率。氨分解率也是渗氮过程中的一个重要工艺参数,是指在某一温度下,氨分解的氮、氢混合气体占炉中气体(主要指未分解的氨气和已分解的氮、氢气体三者的总和)的体积分数,表示氨在炉气中分解的程度。氨分解率的大小表示提供氮原子的能力强弱,直接影响工件表面吸收氮的速度。分解率的大小取决于渗氮温度、氨气的流量、进气和排气压力、工件渗氮面积以及有无催化剂等因素。渗氮温度升高,氨分解率增大;渗氮面积越大,氨分解率越高。在渗氮温度一定时,氨气的流量越大,在炉内停留的时间越短,则氨分解率越低;氨气的流量越小,则氨分解率越高。当氨分解率为15%40%时,活性氮原子多,钢件表面吸收的氮量最大。当氨分解率超过70%时,由于炉气中氢的含量很高,氢原子吸附在工件表面,从而影响渗氮,使表面氮浓度降低,渗氮层硬度下降,渗氮层厚度减小。为了获得好的渗氮质量,在渗氮过程中必须把氨分解率控制在一个比较适宜的范围内,一般为15%~65%之间。不同温度下氨分解率的合理范围见表5-17

    5-17    不同温度下氨分解率的合理范围