井式炉气体渗氮工艺操作介绍

sunny2008

预备处理确定原则：
1．一般结构钢件用调质处理，高温回火温度应比渗氮温度高20~40ºC，保温时间不宜过长
2．对冲击韧度值要求低的零件，可采用正火，但正火冷却速度要快，断面尺寸较大的零件不得用正火
3．38CrMoAl钢应采用调质，否则渗层中易出现针状氮化物，工、模具钢渗氮前，须经淬火、回火处理，不得用退火
4．对细长、薄壁、复杂和精密的零件，渗氮前须进行一次或多次去应力处理，去应力温度一般低于调质回火温度，高于渗氮温度，如处理后变形超差，进行矫正后再次按原工艺去应力一次，直至变形量完全合格为止

准备工作：
1．设备准备
1）渗氮前对控温仪表、液氨瓶、流量计、氨分解测定仪、各种管路系统做全面检查，保证设备的正常运行和使用，炉内温差应小于10ºC
2）干燥剂常用氧化钙、氯化钙等，常用焙烧过的氧化钙，如失效应更换或烘干
3）渗氮介质用水的体积分数小于0.2%的液氨为好
4）根据零件的形状、尺寸、质量和技术要求，准备好吊具，使用前应认真检查是否完好可靠，并清洗干净

2．零件的准备
1）渗氮零件的表面粗糙度Ra1.6μm以下，表面不得有拉毛，碰伤及生锈等缺陷，不能及时处理的零件须涂油保护，以免生锈
2）易畸变的零件，应预测畸变量，并做好记录
3）试样的材质及预先热处理均与零件相同，试样尺寸为ф（20~30）mm×(6~10)mm，试样3~5件，并编号放在有代表性的不同位置
4）认真清洗零件，吊装入炉时，再用清洁汽油擦净，以保证零件的清洁度
5）将清洗干净的零件装入渗氮炉中，对于易变形的细长杆件必须垂直吊挂，间距要均匀，不要堵排气孔，零件不得超出有效加热区的范围


工艺规范的确定：
1．渗氮温度
1）常用500~530ºC，能保证氮化物有较大的弥散度，硬度最高
2）随渗氮温度升高，渗层深度增加，而硬度显著降低，大于550ºC渗氮，多数钢种的最高硬度低于1000HV
3）用两阶段或三阶段渗氮时，第二阶段的温度常低于560ºC

2．渗氮时间
1）渗氮层随渗氮时间延长而增厚。初期增长率大，以后渐趋缓慢，遵循抛物线规律，一般渗速在0.01mm/h左右
2）随保温时间延长，氮化物聚集长大，硬度下降。温度越高，时间越长，长大越厉害

3．氨分解率
1）氨分解率控制在25%~40%较好，活性氮原子最多，零件表面大量吸收氮
2）氨分解率超过60%，气氛中氢的体积分数达52%，产生脱氮作用，大量氮分子和氢分子停滞于零件表面，使氮原子不被吸收，渗层减薄
3）一阶段或二阶段渗氮，强渗氨分解率分18%~30%，扩散时氨分解率为40%~60%较理想


渗氮操作：
1．升温：升温前应通氨排气，氨气流量是正常使用流量的2倍以上，对变形要求严格的，采用阶梯升温，在200~250ºC、400~450ºC各保温1~2h，也可以使升温速度小于50ºC/h，在接近保温时间时，应加大氨量，使分解率控制在工艺要求下限
2．排气：一般边升温边排气，在150~200ºC内排空，在排气过程中可以用pH试纸（试纸用水浸湿，遇氨气变蓝色）或玻璃棒（玻璃棒沾盐遇氨气有白烟排出）方法检查炉罐及管道密封情况
排气阶段，不断通入氨气，使炉气压力达到200~400Pa，由于氨气易溶于水，所以测定氨分解率的U形管中通常装入油。在渗氮罐中，空气不清作，不能点燃排气管，在升温阶段氨分解率可达70%，炉气中氨的体积分数大于95%时，可减少氨流量，并保持炉内正压
3．保温：当温度达到工艺规定温度后，调节氨流量，使氨分解率控制在18%~35%，并开始计算保温时间，这时炉压在200~600Pa，在渗氮过程中，采用调节氨流量的方法来控制氨分解率，一般每隔15~30min测一次氨分解率，在保温过程中，炉温上下偏差应小于5ºC，在接近保温结束时，应从取样孔中取出试样，进行必要的分析
4．脱氮冷却：在渗氮整个阶段结束后，关闭排气阀门，减少氨流量，保温2h，使氨分解率大于70%，使零件表面氮浓度降低，减少表面脆性。此后停电降温，继续向炉内通入少量氨气，使炉子保持正压，炉温降至150ºC以下可停止供氨出炉，零件出炉应避免碰撞