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氮化處理
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  氮化處理是指一種在一定溫度下一定介質(zhì)中使氮原子滲入工件表層的化學熱處理工藝。經(jīng)氮化處理的制品具有**的耐磨性、耐疲勞性、耐蝕性及耐高溫的特性。

  氣體氮化

  氣體氮化系于1923年由德國AF ry 所發(fā)表,將工件置于爐內(nèi),利NH3氣直接輸進500~550℃的氮化爐內(nèi),保持20~100小時,使NH3氣分解為原子狀態(tài)的(N)氣與(H)氣而進行滲氮處理,在使鋼的表面產(chǎn)生耐磨、耐腐蝕之化合物層為主要目的,其厚度約為0.02~0.02m/m,其性質(zhì)極硬Hv 1000~1200,又極脆,NH3之分解率視流量的大小與溫度的高低而有所改變,流量愈大則分解度愈低,流量愈小則分解率愈高,溫度愈高分解率愈高,溫度愈低分解率亦愈低,NH3氣在570℃時經(jīng)熱分解如下:

  NH3 →〔N〕Fe + 3/2 H2

  經(jīng)分解出來的N,隨而擴散進入鋼的表面形成。相的Fe2 - 3N氣體滲氮,一般缺點為硬化層薄而氮化處理時間長。

  氣體氮化因分解NH3進行滲氮效率低,故一般均固定選用適用于氮化之鋼種,如含有Al,Cr,Mo等氮化元素,否則氮化幾無法進行,一般使用有JIS、SACM1新JIS、SACM645及SKD61以強韌化處理又稱調(diào)質(zhì)因Al,Cr,Mo等皆為提高變態(tài)點溫度之元素,故淬火溫度高,回火溫度亦較普通之構(gòu)造用合金鋼高,此乃在氮化溫度長時間加熱之間,發(fā)生回火脆性,故預先施以調(diào)質(zhì)強韌化處理。NH3氣體氮化,因為時間長表面粗糙,硬而較脆不易研磨,而且時間長不經(jīng)濟,用于塑膠射出形機的送料管及螺旋桿的氮化。

  液體氮化

  液體軟氮化主要不同是在氮化層里之有Fe3Nε相,F(xiàn)e4Nr相存在而不含F(xiàn)e2Nξ相氮化物,ξ相化合物硬脆在氮化處理上是不良于韌性的氮化物,液體軟氮化的方法是將被處理工件,先除銹,脫脂,預熱后再置于氮化坩堝內(nèi),坩堝內(nèi)是以TF – 1為主鹽劑,被加溫到560~600℃處理數(shù)分至數(shù)小時,依工件所受外力負荷大小,而決定氮化層深度,在處理中,必須在坩堝底部通入一支空氣管以一定量之空氣氮化鹽劑分解為CN或CNO,滲透擴散至工作表面,使工件表面*外層化合物8~9%wt的N及少量的C及擴散層,氮原子擴散入α – Fe基地中使鋼件更具耐疲勞性,氮化期間由于CNO之分解消耗,所以不斷要在6~8小時處理中化驗鹽劑成份,以便調(diào)整空氣量或加入新的鹽劑。

  液體軟氮化處理用的材料為鐵金屬,氮化后的表面硬度以含有 Al,Cr,Mo,Ti元素者硬度較高,而其含金量愈多而氮化深度愈淺,如炭素鋼Hv 350~650,不銹鋼Hv 1000~1200,氮化鋼Hv 800~1100。

  液體軟氮化適用于耐磨及耐疲勞等汽車零件,縫衣機、照相機等如氣缸套處理,氣門閥處理、活塞筒處理及不易變形的模具處。采用液體軟氮化的國家,西歐各國、美國、蘇俄、日本。

  離子氮化

  此一方法為將一工件放置于氮化爐內(nèi),預先將爐內(nèi)抽成真空達10-2~10-3 Torr(㎜Hg)后導入N2氣體或N2 + H2之混合氣體,調(diào)整爐內(nèi)達1~10 Torr,將爐體接上陽極,工件接上陰極,兩極間通以數(shù)百伏之直流電壓,此時爐內(nèi)之N2氣體則發(fā)生光輝放電成正離子,向工作表面移動,在瞬間陰極電壓急劇下降,使正離子以高速沖向陰極表面,將動能轉(zhuǎn)變?yōu)闅饽?,使得工件表面溫度得以上升,因氮離子的沖擊后將工件表面打出Fe.C.O.等元素飛濺出來與氮離子結(jié)合成FeN,由此氮化鐵逐漸被吸附在工件上而產(chǎn)生氮化作用,離子氮化在基本上是采用氮氣,但若添加碳化氫系氣體則可作離子軟氮化處理,但一般統(tǒng)稱離子氮化處理,工件表面氮氣濃度可改變爐內(nèi)充填的混合氣體(N2 + H2)的分壓比調(diào)節(jié)得之,純離子氮化時,在工作表面得單相的r′(Fe4N)組織含N量在5.7~6.1%wt,厚層在10μm以內(nèi),此化合物層強韌而非多孔質(zhì)層,不易脫落,由于氮化鐵不斷的被工件吸附并擴散至內(nèi)部,由表面至內(nèi)部的組織即為FeN → Fe2N → Fe3N→ Fe4N順序變化,單相ε(Fe3N)含N量在5.7~11.0%wt,單相ξ(Fe2N)含N量在11.0~11.35%wt,離子氮化首先生成r相再添加碳化氫氣系時使其變成ε相之化合物層與擴散層,由于擴散層的增加對疲勞強度的增加有很多助。而蝕性以ε相*佳。

  離子氮化處理的度可從350℃開始,由于考慮到材質(zhì)及其相關(guān)機械性質(zhì)的選用處理時間可由數(shù)分鐘以致于長時間的處理,本法與過去利用熱分解方化學反應(yīng)而氮化的處理法不同,本法系利用高離子能之故,過去認為難處理的不銹鋼、鈦、鈷等材料也能簡單的施以**的表面硬化處理。




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