2016最新最全软氮化原理浅析

发布者: 发布时间:2016/8/31 13:53:03 阅读:次 【字体:

   一、热处理的概述

  1、热处理概念

  热处理是指对固态金属或合金采用适当方式加热、保温和冷却,以获得所需要的组织结构与性能的工艺方法。

  改善钢的性能,主要有两条途径:

  一是合金化

  二是热处理

  2、处理特点:热处理区别于其他加工工艺如铸造、压力加工等的特点是只通过改变工件的组织来改变性能,而不改变其形状.

  3、热处理适用范围:只适用于固态下发生相变的材料,不发生固态相变的材料不能用热处理强化。

  4,热处理的作用

  热处理是机械制造工艺中不可缺少的组成部分,它是充分发挥金属材料的潜力,改善零件加工工艺性能,提高材料的使用性能,延长零件使用寿命的有效手段,根据加热、冷却方式的不同分为退火、正火、淬火、回火、渗碳、渗氮及感应加热淬火等多种热处理工艺,由于热处理工艺不同,零件所获得的组织结构也就不同,那么零件的性能也就不同。因此,热处理在机械制造行业中被广泛地应用,例如,汽车行业需要进行热处理的零件占70%一80%:机床行业占60%一70%:轴承及各种模具则高达100%.

  5、热处理原理简介

  热处理原理就是研究钢在加热和冷却过程中的组织和性能转变配规律,五大转变(等温转变、回火转变、珠光体转变、贝氏体转变、

  6、热处理分类

  金属热处理工艺大体可分为整体热处理、表面热处理和化学热处理三大类。根据加热介质、加热温度和冷却方法的不同,每一大类又可区分为若干不同的热处理工艺。同一种金属采用不同的热处理工艺,可获得不同的组织,从而具有不同的性能。

  整体热处理是对工件整体加热,然后以适当的速度冷却,获得需要的金相组织,以改变其整体力学性能的金属热处理工艺.钢铁整体热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。

  表面热处理是以很大的功率密度对工件整体或局部加热,将工件一定厚度的表面层加热到临界点以上,用淬火剂急冷,使表层组织转变为马氏体,具有高的硬度、耐磨性、疲劳强度,而心部仍保持淬火前的组织。

  化学热处理是将金属或合金工件置于一定温度的活性介质中保温,使一种或几种元素渗入它的表层,以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。

  二、化学热处理简介

  化学热处理是将金属或合金工件置于一定温度的活性介质中保温,使一种或几种元素渗入它的表层,以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺.发司曲轴的氮化就是化学热处理口作用主要有两个方面:一是强化表面,如渗碳、氮化、碳氮共渗、渗硼、硫氮共渗等,可以提高工件等表面等疲劳强度、硬度和耐磨性;二是改善表面的物理、化学性能,如渗铝等,可以提高工件表面等抗腐蚀能力、抗氧化能力。

  根据钢中元素与渗入元素相互作用形成的相结构,化学热处理可分为两大类。第一类为渗入元素在基体金属中富化但未超过固溶度,形成金属固溶体,如渗碳(固溶扩散或纯扩散)。第二类为反应扩散,其一是扩散元素富过固溶体与钢中元素形成有序相(金属间化合物),如渗氮;其二是渗入元素在溶质元素晶格中的固溶度非常小,以致使两种元素相互作用形成化合物,如渗硼。

  化学热处理通常由渗剂中的物理化学过程,渗入元素的活性物质或活性原子被工件表面吸附和吸收,渗入原子在工件(金属)中扩散和化学反应三个基本过程组成。

表1;常用的化学热处理方法及其作用

  表1;常用的化学热处理方法及其作用

  三、氮化

  氮化处理又称为扩散渗氮.气体渗氮在1923年左右,由德国人Fry首度研究发展并加以工业化。由于经本法处理的制品具有优异的耐磨性耐疲劳性、耐蚀性及耐高温,其应用范围逐渐扩大。例如钻头、螺丝攻、挤压模、锻压模、螺杆、连杆、曲轴、及齿轮凸轮等均有使用。常见有液体渗氮、气体渗氮、离子渗氮.我司曲轴氮化属于气体渗氮。

  1、软氮化工艺参数的选择氮化温度Fe一N二元合金的共析温度为590 C,超过该温度界限会发生a”Y相变。而Fe一C一N三元合金的共析点是565℃(约0.35%C, 1.8%N),接近这个温度,氮在a一Fe中的溶解度最大,所以一般认为软氮化温度以5701C最为合适。

  2,渗氮的特点

  渗氮就是在一定温度下〔一般在Aci温度下)使活性氮原子渗入工件表面的化学热处理工艺.特点如下:

  (1)、高硬度和高耐磨性渗氮后零件表面硬度可以达到950一1200HV,而且到6001C仍可维持相当高的硬度。这显然是渗碳淬火处理达不到的。由于硬度高,耐磨性也很好。

  (2).较高的疲劳强度渗氮后的表面产生了较大的残余压应力,能部分抵消疲劳载荷下产生的拉应力,延缓疲劳破坏过程,使疲劳强度显著提高。

  (3)良好的抗咬合性能及抗蚀性渗氮后的零件中短时间缺乏润滑或过热的条件下,不容易发生卡死或擦伤损坏,具有良好的抗咬合性能。并且能抵抗大气、自来水、弱碱性溶液等的腐蚀,具有良好的抗蚀性。

  3、体渗氮

  气体渗氮一般使用无水氨气(氨十氮)作为供氮介质。整个渗氮过程可分为分解、吸附及扩散三个过程,即氨的分解、钢件表面吸收氮原子、氮原子从表面向里扩散。

  影响渗氮因素很多,如温度、时间、压力、介质成分以及零件钢材成分和组织等.只有合理地控制这些因素,才能获得满意的渗氮效果。为了不影响零件调质后的心部强度,渗氮温度一般比调质时的回火温度低40-70℃。

  随渗氮温度的升高,氮原子的扩散速度显著增大,同时也加快了渗层对活性氮原子的吸收过程,因此渗层深度增加。但温度过高,会使变形增大,心部强度下降。

  渗氮时,保温时间决定了氮原子的渗入深度。随着时间的延长,渗氮层深度不断增加,并呈抛物线规律变化。即开始时增加速度快,随着时间的延长,渗层深度的增加越来越慢。

  (4).变形小渗氮温度低,一般为480一580 0C,升降温速度又很慢,处理过程心部无组织转变,仍保持调质状态的组织,所以渗氮后的零件变形小.

  渗氮的缺点是工艺过程较长,如获得imm深的渗碳层,渗碳处理仅要6-9h,而获得。。5mm渗氮层,渗氮处理需要40一5 0h.其次,渗层也较薄,不能承受太大的接触压力。

  氨分解率是指某一温度下,分解出来的氮和氢的混合气体占炉气总体积的百分比。若氨分解率过低,大量的氨来不及分解,提供活性氮原子的概率小,不仅渗氮速度低,而且还造成浪费。若分解率过高,炉气中几乎全部由分子态的Nz和Hz组成,所提供的活性氮原子也极少,同时大量的Hz吸附中工件表面也将阻碍氮的渗入.

  氨分解率取决于渗氮温度、氨气流量、炉内压力、零件表面积及有无催化剂等因素。在渗氮过程中,常采用调节氨流量的方法控制氨分解率。

  渗氮过程

渗氮过程

  渗氮层的组织

  Fe一H系可形成五种相:a相氮在。一厂e中的间隙固溶体,也称含氮铁素体,体心立方点阵。5900e时,氮在a一Fe中的溶解度最大,氮的质量分数约为0.1%,随温度下降,相缓慢析出V’相.

  表2.渗氮零件常见缺陷及防止措施

表2.渗氮零件常见缺陷及防止措施

表2.渗氮零件常见缺陷及防止措施续表

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