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气体硬氮化

来源:未知作者:admin发布时间:2017-09-04 15:33

 

       原理

  气体硬氮化,即气体渗氮,是指在一定温度下一定介质中是氮原子渗入钢材表层的化学热处理工艺,为将其与气体软氮化区分开来,又称之为气体硬氮化。气体渗氮时,将工件置于炉内,将NH3气体直接输进500~560℃的氮化炉内, NH3气体在高于480℃时经热分解如下:2NH3 →2〔N〕+ 3 H2

  分解出的氮原子大部分生成为N2气体,小部分活性氮原子被工件表面吸收,然后往工件内部扩散。经过一段时间后,工件表面即获得了一定深度的氮化层。氮化层包括外层的化合层(又称白亮层)以及与之相邻的扩散层(又称暗黑层)。白亮层对磨损起决定作用。

  气体渗氮后,其组织主要为ε相与γ′相,处理不当时易产生ξ相,应尽量避免ξ相的产生。ε相和γ′相硬度高,组成的化合物层(白亮层)结构致密,有良好的耐磨性;ε相具有较高的电极电位,抗腐蚀性能较好;因此提高了工件的耐磨性和耐腐蚀性。基体内,铁和合金元素(Mo、V、Cr等)与氮有较强的亲和力,与氮原子形成许多合金氮化物,显著提高渗氮层的硬度;且形成的各种氮化物的比容大于铁,渗氮之后,材料表面形成较大的残余压应力,可抵消不分外加拉应力,这样就显著提高了钢的抗高周疲劳性能。

  氮化规律

  气体氮化的主要工艺参数是氮化温度,氮化时间和氨气分解率,它们对于渗氮速度,氮化层深度,氮化层硬度以及耐磨性,抗腐蚀性,韧性等有着极大的影响。

  当氮化时间和氨气分解率相同时,随温度增加,氮化层增厚,氮化弥散度减少。当温度升到580℃以上后,表面硬度下降。当氮化温度降低,氮原子扩散速度减慢,渗层浅,表面硬度较高,脆性较大。氮化温度一般控制在520-540℃。

  氨气分解率根据温度的不同,一般控制在20%-60%范围之内,通常为40%左右。氨气分解率大于60%,会降低氮化层的硬度和耐磨性;大于70%之后,氮化层深度会急剧下降。

  氮化保温时间则取决于氮化温度以及对氮化层的深度要求。保温时间越长,则氮化层越深,但会使渗层硬度下降。