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软氮化与硬氮化的区别

作者 : admin 发表时间 : 2015-12-11 浏览 : 2298

两者氮化概念

    1,硬氮化:学名‘渗氮’,也有人称为常规氮化。渗入钢表面的是单一的‘氮’元素,在方法上有气体法和离子法等。对于结构零件通常选用的钢种为含铬、钼、钛、铝等合金元素的专用钢,也有在其它钢种上进行渗氮的,例如不锈钢、模具钢等。渗氮处理的温度通常在480540℃范围(既要保持工件的心部的调质硬度又要使渗氮层的硬度达到要求值),处理的时间按照要求深度不同,一般为1570小时,甚至更长。渗氮的着眼点是希望获得较深厚度(0.10.65mm,也有要求更深一些的)具有高硬度的呈弥散状的合金氮化物层(即扩散层),对于出现外表层的化合物层(白亮层)则希望尽可能的浅簿,甚至希望没有。

     2,软氮化:学名‘氮碳共渗’,早期把苏联(俄罗斯)的液体法翻译为‘低温氰化’。现在国内流行的有气体法、无(低)毒液体法和离子法。渗入钢表面的元素以‘氮’为主,同时添加了‘碳’。碳的加入使表面化合物层(白亮层)的形成和性能得到某些甚至是明显的改善。这里要强调一下,和渗氮不同的地方是:氮碳共渗的着眼点是希望获得一定厚度(一般为1020μm,也有要求20μm以上的,目前实验室里据称在碳素钢上曾经达到的厚度为110μm)硬度高、脆性小、没有或很少疏松等性能优良的白亮层,至于次表面的扩散层,按照钢种和使用要求不同虽然有时需要作某些调整,但处于次要地位了。氮碳共渗的适用广泛,几乎覆盖所有常用钢种和铸铁。以碳素钢为例,按照氮碳共渗处理的温度分为铁索体氮碳共渗(520590℃)和奥氏体氮碳共渗(600720℃),处理的时间一般为26小时,前者获得的白亮层为铁氮化合物,后者快冷后在铁氮化合物层的下面还有一层含氮奥氏体+马氏体层(512μm)。为了增强和改善白亮层的性能,我国的热处理工作者还采用了在渗氮的同时又单独或组合添加硼、氧、硫、稀土等元素,做了大量的工作,并且大都不同程度的取得看得出来的效果。这种探索,至今方兴未艾,是热处理工作者孜孜以求的热点之一。

      3,‘软氮化’含义不是指获得的硬度比所谓的‘硬氮化’的硬度低,而是含有简便、省事、费用低的意思。 氮化处理技术氮化作为热处理中的一项重要处理工艺,它有着多种形式。每一种工艺都对应着不同的性能特点,希望在此大家谈谈自己的经验与看法,以便共同提高。复合氮化——QPQ这一类氮化处理的特点是:高耐磨、高抗氧化能力。它主要克服的是摩擦磨损,其抗咬合能力非常的强接近渗硫后的效果。概念:(软)氮化是向钢的表面层渗入氮原子的过程,其目的是提高表面硬度和耐磨性,以及提高疲劳强度和抗腐蚀性。它是利用氨气或含氮原子的有机液体在加热时分解出活性氮原子,被钢吸收后在其表面形成氮化层,同时向心部扩散。氮化通常利用专门设备或井式渗(氮)碳炉来进行。适用于各种高速传动精密齿轮、机床主轴(如镗杆、磨床主轴),高速柴油机曲轴、阀门、工具等。

氮化工件工艺路线:锻造-退火-粗加工-调质-精加工-除应力-粗磨-氮化-精磨或研磨(一般情况下氮化后直接使用)。由于氮化层薄,并且较脆,因此要求有较高强度的心部组织,所以要先进行调质热处理,获得回火索氏体,提高心部机械性能,保证氮化层质量。钢在氮化后,不再需要进行淬火便具有很高的表面硬度及耐磨性。氮化处理温度低,变形很小,它与渗碳、感应表面淬火相比,变形小得多。

    钢的软氮化:又名氮碳共渗;氮碳共渗是向钢的表层同时渗入碳和氮的过程,习惯上氮碳共渗又称作氰化。目前以气体氮碳共渗(即气体软氮化)应用较广。其主要目的是提高钢的硬度、耐磨性、疲劳强度和抗咬合性渗氮(软氮化)的常见缺陷

    一、硬度偏低

生产实践中,工件渗氮(软氮化)后其表面硬度有时达不到工艺规定的要求,轻者可以返工,重者则造成报废。造成硬度偏低的原因是多方面的:

设备方面:如系统漏气造成氧化;

    材料:如材料选择欠佳;

    前期热处理:如基体硬度太低,表面脱碳严重等;

    预先处理:如进炉前的清洁方式及清洁度。

    工艺方面:如渗氮(软氮化)温度过高或过低,时间短或氮势不足等等。

    所以具体情况要具体分析,找准原因,解决问题。

二、硬度和渗层不均匀

装炉方式不当;气压调节不当;温度不均;炉内气流不合理。

三、变形过大

变形是难以杜绝的,对易变形件,采取以下措施,有利于减小变形:

      渗氮(软氮化)前应进行稳定化处理;

      渗氮(软氮化)过程中的升、降温速度应缓慢;

      保温阶段尽量使工件各处的温度均匀一致。对变形要求严格的工件,如果工艺许可,尽可能采用较低的氮化(软氮化)温度。

四、处观质量差

渗氮(软氮化)件出炉后首先用肉眼检查外观质量,钢件经渗氮(软氮化)处理后表面通常呈银灰(蓝黑色)色或暗灰色(蓝黑色),不同材质的工件,氮化(软氮化)后其表面颜色略有区别,钛及钛合金件表面应呈金黄色。

五、脉状氮化物

氮化(特别是离子氮化)易出现脉状氮化物,即扩散层与表面平行走向呈白色波纹状的氮化物。其形成机理尚无定论,一般认为与合金元素在晶界偏聚及氮原子的扩散有关。因此,控制合金元素偏聚的措施均有利于减轻脉状氮化物的形成。工艺参数方面,渗氮温度越高,保温时间越长,越易促进脉状组织的形成,如工件的棱角处,因渗氮温度相对较高,脉状组织比其它部位严重得多。

软氮化

    为了缩短氮化周期,并使氮化工艺不受钢种的限制,在近年间在原氮化工艺基础上发展了软氮化和离子氮化两种新氮化工艺。

    软氮化实质上是以渗氮为主的低温氮碳共渗,钢的氮原子渗入的同时,还有少量的碳原子渗入,其处理结果与一般气体氮化相比,渗层硬度较氮化低,脆性较小,故称为软氮化。   

    1、软氮化方法分为:气体软氮化、液体软氮化及固体软氮化三大类。目前国内生产中应用最广泛的是气体软氮化。气体软氮化是在含有活性氮、碳原子的气氛中进行低温氮、碳共渗,常用的共渗介质有尿素、甲酰胺、氨气和三乙醇胺,它们在软氮化温度下发生热分解反应,产生活性氮、碳原子。

活性氮、碳原子被工件表面吸收,通过扩散渗入工件表层,从而获得以氮为主的氮碳共渗层。

    气体软氮化温度常用560-570℃,因该温度下氮化层硬度值最高。氮化时间常为2-3小时,因为超过2.5小时,随时间延长,氮化层深度增加很慢。

    2、软氮化层组织和软氮化特点:钢经软氮化后,表面最外层可获得几微米至几十微米的白亮层,它是由ε相、γ`相和含氮的渗碳体Fe3CN)所组成,次层为的扩散层,它主要是由γ`相和ε相组成。

    软氮化具有以下特点:

  (1)、处理温度低,时间短,工件变形小。

  (2)、不受钢种限制,碳钢、低合金钢、工模具钢、不锈钢、铸铁及铁基粉未冶金材料均可进行软氮化处理。工件经软氮化后的表面硬度与氮化工艺及材料有关。

   3、能显著地提高工件的疲劳强度、耐磨性和耐腐蚀性。在干摩擦条件下还具有抗擦伤和抗咬合等性能。 

   4、由于软氮化层不存在脆性ξ相,故氮化层硬而具有一定的韧性,不容易剥落。

        因此,目前生产中软氮化巳广泛应用于模具、量具、刀具(如:高速钢刀具)等、曲轴、齿轮、气缸套、机械结构件等耐磨工件的处理。

 

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