不銹鋼滲氮工藝方法介紹

目前，不銹鋼滲氮的方法較多，如氣體滲氮、離子滲氮、高頻滲氨、鹽浴滲氮、固體滲氨、真空脈沖滲氮等。其中，氣體滲氮和離子滲氮是較常用的滲氮方法。

1. 氣體滲氮

?氣體滲氨就是將工件放人密閉的加熱爐內(nèi)，通入一定壓力的含氨氣體（如氨氣等），保持一定時(shí)間，從而完成滲氮的工藝方法。

?氣體滲氮溫度一般在480~570℃之間。滲氮溫度越高。擴(kuò)散速度越快，滲層越深。但滲氨溫度超過550℃時(shí)，合金氮化物發(fā)生集聚長(zhǎng)大而使?jié)B層硬度下降。一般情況下，不銹鋼滲氨溫度都不太高。

?保溫時(shí)間主要決定于滲氨深度。保溫時(shí)間越長(zhǎng)，滲氮層深度越厚。但保溫時(shí)間太長(zhǎng)，會(huì)因合金氮化物集聚長(zhǎng)大而使硬度有下降的趨勢(shì)。

? 氨的分解率對(duì)滲氮層的硬度及性質(zhì)有明顯的影響。氨的分解率與溫度、壓力、氨氣輸入速度等條件有關(guān)，太高的分解率，不能被工件吸收的分解物會(huì)以N2和H2形式存在，有礙于滲氮效果，隨著氨分解率的降低，工件吸收的氮量逐漸增加到最大值，直至氨分解率降低到5%~10%時(shí)，分解物氮原子已滿足不了工件吸收，工件吸收的氮量呈下降趨勢(shì)，滲氮硬度降低，也達(dá)不到好的滲氮效果。所以，在實(shí)際的滲氮溫度、壓力條件下，氨的分解率一般控制在15%~45%.不銹鋼中合金元素含量高，阻礙氮的吸收和擴(kuò)散，所以，不銹鋼滲氮時(shí)的溫度應(yīng)偏高，氨的分解率也相應(yīng)提高。

?氣體滲氮根據(jù)要求的不同，有一段滲氮，二段滲氮，三段滲氮等方法。

?一段滲氮是在同一溫度條件下（一般在480~530℃之間）保持較長(zhǎng)時(shí)間，在保溫時(shí)間內(nèi)，依據(jù)滲氮溫度適當(dāng)控制氨的分解率，完成滲氮過程。

?二段滲氮是全部滲氮過程分兩個(gè)階段完成。第一階段的滲氮溫度和氨分解率相似于一段滲氮工藝，目的是在工件表面形成高彌散度的氮化物。第二階段的滲氮溫度高于第一段的滲氮溫度（一般在550~600℃).氨的分解率也高于第一段滲氨時(shí)的分解率，目的是促進(jìn)氮在鋼中的擴(kuò)散，增加滲氮層深度，保證自表面向內(nèi)層的氮濃度和硬度變化趨于和緩。因第二段滲氨溫度稍高。所以，最終表面硬度低于一段滲氮的硬度。

?三段滲氮是在二段滲氮后，再加一段520℃左右保溫滲氮的過程，目的是提高表面硬度。

?不銹鋼常見的氣體滲氮工藝規(guī)范和滲氮效果見表7-2。

不銹鋼氣體滲氮可能產(chǎn)生的缺陷及防止措施和改進(jìn)方法見表 7-3 。

2. 離子滲氮

?離子滲氮就是將工件放在可形成真空的爐內(nèi)，并通人含氮的氣體介質(zhì)（一般通入氨氣），以工件為陰極，以爐壁為陽極（或另加輔助陽極），在陰－陽極之間加入高壓直流電源，在電場(chǎng)的作用下，氨氣被電離成氮、氫正離子，并快速?zèng)_向陰極（工件）在離子的轟擊下，工件被加熱到一定溫度。同時(shí)，氮離子從陰極奪取電子還原為氮原子，氮原子與工件表面被轟擊出的鐵原子結(jié)合，形成FeN沉積在工件表面上，在離子轟擊和熱激活作用下分解成Fe、Fe₂N(ξ相）、Fe₃N(ε相）、Fe₄N(γ相）。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，氮原子自工件表面向內(nèi)擴(kuò)散，完成離子滲氮過程。離子滲氮過程中，工件表面的反應(yīng)原理見圖7-2, 2Cr13不銹鋼離子滲氮層見圖7-3, 0Cr18Ni9 不銹鋼與45鋼離子滲氮效果對(duì)比見圖7-4。

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?離子滲氮對(duì)設(shè)備、介質(zhì)、電參數(shù)、爐內(nèi)壓力等都有較嚴(yán)格的要求。

a. 離子滲氮設(shè)備

離子滲氮設(shè)備應(yīng)滿足以下基本要求。

?①. 設(shè)備應(yīng)設(shè)置電壓、電流、溫度、真空度、氣體流量等指示儀表，有測(cè)溫裝置。

?②. 供給設(shè)備的整流輸出電壓應(yīng)連續(xù)可調(diào)，在200V以上不產(chǎn)生突跳現(xiàn)象。

?③. 設(shè)備有可靠的滅弧裝置。

?④. 極限真空度不低于7Pa,抽真空時(shí)間不大于30min.

?⑤. 在合理的供氣流量下，應(yīng)保證設(shè)備的工作真空度在70~1070Pa.

?⑥. 升壓率不大于1.3×10-1Pa/min.

b. 滲氮介質(zhì)

?滲氮介質(zhì)可采用氨氣或氮?dú)浠旌蠚猓笃浼兌雀撸兌炔坏陀?9.9%)、含水量小、成分穩(wěn)定，進(jìn)入滲氮爐前應(yīng)干燥處理。

?氣體供應(yīng)量與設(shè)備功率、爐內(nèi)空間、工件量等有關(guān)，100kW離子滲氮爐一般為0.3~0.5m3/h.

c. 電壓與電流

?在滲氮保溫階段，極間電壓可在400~800V、電流可在25~50A范圍內(nèi)調(diào)整。調(diào)整的依據(jù)應(yīng)考慮工件大小、裝爐量、工件易變形程度及要求的升溫速度等因素。

d. 滲氮?dú)鈮?/span>

?離子滲氮常用氣壓范圍為100~1000Pa,選用壓力時(shí)應(yīng)顧及溫度均勻性和防止輝光不均勻。

e. 離子滲氮溫度和保溫時(shí)間

?離子滲氮溫度和保溫時(shí)間根據(jù)工件材質(zhì)及對(duì)滲層深度的要求來考慮。

?不銹鋼離子滲氮的主要工藝規(guī)范及效果見表7-4.

?不銹鋼離子滲氮常見缺陷及解決辦法見表7-5.

f. 離子滲氮件尺寸增量和變形

?離子滲氮較氣體滲氨的主要優(yōu)點(diǎn)之一是變形小，但不是無變形，而一般情況下，經(jīng)離子滲氮后的滲氨表面不再加工（含磨削加工），所以，對(duì)尺寸精度要求嚴(yán)或極易變形的工件（如薄壁環(huán)），應(yīng)掌握離子滲氨時(shí)可能產(chǎn)生的尺寸增量和變形規(guī)律，必要時(shí)，在滲氮前的精加工留量上予以合理考慮。表7-6提供的離子滲氮尺寸增量和可能產(chǎn)生的徑向變形結(jié)果供參考。

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