金属强化秘籍:你知道吗?氮化处理也分软硬
金属强化秘籍:你知道吗?氮化处理也分软硬
氮化处理是金属材料热处理的重要方法之一,通过将氮原子渗入钢件表层,可以显著改善材料的力学性能和物理化学性质。本文将详细介绍氮化处理的原理、工艺、设备以及软氮化和硬氮化两种不同处理方法的区别和应用。
热处理主要是将金属工件放在一定的介质中加热、保温、冷却,通过改变金属材料表面或者内部组织结构来控制其性能的方法。这种热处理可分为氮化处理等,那么大家对于氮化处理了解多少呢?
氮化处理就是常说的渗氮处理。其是将氮原子渗入钢件表层的化学热处理过程。
原理:
利用氨在一定温度(500~600℃)下分解的活性氮原子向钢的表面扩散,形成铁氮合金,从而改变钢件表面的力学性能和物理化学性质。
渗氮可以获得很高的I表面硬度,耐磨性能及疲劳强度,并具有耐腐蚀性;而且由于渗氮处理温度比渗碳温度低,且不需要额外热处理,所以渗氮后的变形很小,这点非常重要。
渗氮与渗碳相比,渗氮的优点如下:
①有更高的表面硬度和耐磨性;
②有更高的疲劳强度;
③有较高的抗蚀性;
④有较高的抗咬合性能;
⑤工件变形小。
钢件在氮化前应做的准备工作:
1.清理氮化箱及氨气管道,并检查是否漏气。
2.分析氨液中的含水量(含水量不可>0.2%)否则影响氮化质量。
3.清理干燥箱,将用过的干燥剂烘干或更换。
4.将工件氮化箱及试件经行清洗,去除表面油污。
5.检查工件表面光洁度和主要尺寸是否合规。
6.装箱时工件必须防止平稳,减少工件变形,必须保证炉内空气通畅。
7.通畅渗氮前需要进行调质处理。
影响渗氮效果的主要因素有哪些:
1.温度影响:温度越高,渗氮层越深,但是温度越高工件变形越大,切硬度会有所下降。
2.渗氮时间的影响:渗氮保温时间主要取决于渗氮温度及渗氮层厚度。温度高时间就可以缩短。
3.氨气分解速率的影响:氨气的分解率随渗氮温度的升高而增大。
常采用的氮化工艺:
一段氮化法,二段氮化法和三段氮化法。
一段渗氮工艺渗氮后层深为0.4~0.6mm,表面硬度>900HV。
二段渗氮工艺渗氮后层深为0.58mm,表面硬度>850HV。
三段渗氮工艺渗氮后层深为0.34~0.36mm,表面硬度>1000HV。缺点是变形严重。
淡化处理设备:渗氮炉,供氨系统,氨分解测定装置和测温系统。
名词术语:
渗氮:在一定温度下,在含氮的介质中使氮原子渗入工件表面层的化学热处理工艺。
气体渗氮:在可提供活性氮原子的气体中进行渗氮。
液体渗氮:含渗氮剂的熔盐中进行的渗氮。
离子渗氮:在渗氮气氛中,利用辉光放电进行的渗氮。
氮化物:氮和钢材中的金属元素形成的化合物。
氨分解率:排除气体中除去氨气部分剩余气体占气体整体容积的百分率。
氮势:表征渗氮气氛在一定温度下向工件提供活性氮原子能力的参数。
强化渗氮:以提高工件表面硬度,耐磨性,和抗疲劳能力为目的进行的渗氮。
抗蚀渗氮;提高工件抗腐蚀能力的渗氮。
氮化处理在工业上应用日趋广泛,而氮化处理的目的,也根据工件的具体情况有所不同。
合金钢零件氮化是为了提高工件的耐磨性和疲劳极限,这种氮化称为强化氮化。多用于重要的结构零件。如发动机轴,气缸套筒,高速齿轮等。
碳钢和铸铁工件氮化是为了提高其抗蚀能力,这种氮化称为抗蚀氮化。
软氮化和硬氮化的区别:
硬氮化和软氮化是两种不同的氮化热处理方法,其区别主要表现在以下几个方面。
- 温度
硬氮化处理温度一般在500℃-570℃左右,而软氮化处理温度则较低,一般为400℃左右。
- 时间
硬氮化处理时间比软氮化处理时间长,一般在20-60小时之间,而软氮化处理时间仅为1-5小时。
- 气体
硬氮化处理时使用的气体主要是氨气和一定的氢气,而软氮化处理时则主要使用氨气和氮气混合气体。
- 工艺
硬氮化是一种淬火温度较低的渗氮方法,常用于提高钢的硬度和耐磨性;而软氮化是一种在较低温度下进行的渗氮方法,主要用于提高钢的韧性和抗疲劳性。
硬氮化和软氮化的作用:
硬氮化和软氮化在金属材料的热处理中都具有一定的作用,主要表现在以下几个方面。
- 提高硬度
硬氮化主要是利用氨气或氮气在钢的表层进行渗氮,从而形成一层硬度较高的氮化物层。硬氮化的主要应用场合是要求较高硬度和耐磨性的零部件,如模具、轴承、导向件等。
- 提高韧性
软氮化的处理是在较低温度下进行,可以有效减少钢的渗碳和淬火带来的脆性,从而提高钢的韧性,同时不会明显改变钢的硬度。软氮化主要应用于需要同时有高强度和韧性的零部件,如弹簧、曲轴等。
- 提高抗腐蚀性
硬氮化可以形成一层致密的氮化物层,从而可以有效提高材料的抗腐蚀性。特别是在高氯离子含量的环境中,硬氮化处理可以显著提高材料的抗腐蚀性能。
- 提高耐疲劳性
软氮化能够提高钢的韧性和抗疲劳性,从而可以有效提高零部件的耐疲劳性能。加工机床、飞机发动机、汽车发动机等高负荷场合中经常使用软氮化处理来提高零部件的耐疲劳性能。
文章来源: 罗花花,机械螺丝钉,青岛丰东热处理