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炉压对气体渗氮的作用-氮化处理

来源 : 氮化处理 作者 : admin 发表时间 : 2016-06-17 浏览 : 381

    气体渗氮 一般以提高金属的耐磨性为主要目的,因此需要获得高的表面硬度。它适用于38CrMnAc等渗氮钢。氮化处理渗氮后工件表面硬度可达HV850~1200。渗氮温度低,工件畸变小,可用于精度要求高、又有耐磨要求的零件,如镗床镗杆和主轴、磨床主轴、气缸套筒等。但由于渗氮层较薄,不适于承受重载的耐磨零件。

     气体渗氮可采用一般渗氮法(即等温渗氮)或多段(二段、三段)渗氮法。前者是在整个渗氮过程中渗氮温度和氨气分解率保持不变。温度一般在480~520℃之间,氨气分解率为15~30%,保温时间近80小时。这种工艺适用于渗层浅、畸变要求严、硬度要求高的零件,但处理时间过长。多段渗氮是在整个渗氮过程中按不同阶段分别采用不同温度、不同氨分解率、不同时间进行渗氮和扩散。

    炉压对气体渗氮的作用有以下几方面——等离子渗氮企业来为大家娓娓道来:

1)提高炉内气压可以增加零件表面的吸附量

        在显微镜下观察金属表面是凹凸不平的。从化学观点看,这些尖角、凸出边缘上的原子或离子,他们的化合价大部分没有达到饱和,化学性质最活泼,容易和外界的分子结合,这些部位称为活性中心。金属表面依靠未饱和化合价吸附气体分子称为化学吸附。此外,依靠引力(范德华力)吸附气体分子,称为物理吸附。不论那种吸附,根据物理化学原理,金属表面所吸附的气体量,由温度和压力决定。当温度恒定时,决定于气体压力。

弗伦德里希(Freundlich)根据大量的试验,建立了吸附等温方程式: 

(1)式中:为单位质量吸附的气体量;为经验常数;n为吸附平衡时气体的压力。

公式表明气体压力增大,表面吸附量增加。此外,炉压增大,意味着炉内氨气密度增大(可由气体方程式推导出)。气体密度增大,可为表面吸附提供更多的机率。

    2)提高炉压,增加气体分子的动能

     气体压强是分子碰撞力的宏观表现。由公式p= 可知,压力p与分子动能成正比关系。当炉压提高时,氨气分子的动能大大提高,对于克服金属表面的各种障碍和阻力大有帮助,增加表面吸附量,促进界面反应。    

     3)提高炉压可以提高界面反应速率                   

        渗氮过程可看作是催化反应。假如反应机理是氨分子与金属表面相碰撞,则反应速率υ与压力ρ的关系为:

(2)式中:N=6.023×1023;P为气体压力;R为气体常数;T为热力学温度;.M为分子量;E为反应激活能。由式(2)可知增高炉压,可以提高界面反应速率和表层的氮化物量,为扩散创造条件。                                

     4)增高炉压可以提高渗氮气氛的活度

(3)式中的Fe[N]为氮在铁中的固溶体。炉气中NN3、H2 与固溶体中氮的活度αN之间存在着一定的关系:

(4)式中K为系数。氨气的分解是可逆反应,当压力增大时,NH3分解减少,NH3的分压 增高,所以αN也提高,使模具渗氮活度增大。提高炉压,氨分解率下降,可以节约氨气达20%~30%。                               

       5)提高炉压可以提高狭缝、深孔、盲孔、小孔等的渗氮能力 

      这些部位由于通气截面小,气体流动受阻造成气体流速、流量减小,靠近管壁附近的气体几乎不流动,形成“粘滞流”管道中粘滞流的流量qν与气体的密度和压力梯度成正比: 。当压力提高时,气体密度提高,压力梯度也大幅度提高,从而促进这些部位氨气的流量增加,提高渗氮能力。实践证明提高压力后,这些部位渗层优良。

以上理论,在生产实践中得以验证是正确的。
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