氮碳共渗工艺及参数及其对材料性能的影响

2023-06-24 理论教育版权反馈

【摘要】：工件表层同时渗入氮和碳，并以渗氮为主的化学热处理工艺称为氮碳共渗。根据渗剂不同，可以分为固体氮碳共渗、液体氮碳共渗、气体氮碳共渗。氮碳共渗温度氮碳共渗温度一般为570℃。对于高速钢刀具，氮碳共渗时间一般不要超出1.5h，目的是减少脆性。渗后冷却氮碳共渗后工件一般应快冷。图2-41 氨气分解率与白亮层厚度的关系注：渗剂为氨+酒精，氮碳共渗工艺为570℃×3h。表2-26 常用材料气体氮碳共渗后渗层深度和表面硬度（续）

工件表层同时渗入氮和碳，并以渗氮为主的化学热处理工艺称为氮碳共渗。根据渗剂不同，可以分为固体氮碳共渗、液体氮碳共渗、气体氮碳共渗。最常用的是气体氮碳共渗。

气体氮碳共渗工艺如下：

（1）常用渗剂渗剂的化学成分要稳定，杂质要少。

1）直接向炉内滴入甲醇（或乙醇），并通入氨气。通氨气量与醇类滴量的产气量体积之比为（45～75）∶25。

2）含有氮、碳原子的有机化合物，如尿素、三乙醇胺、甲酰胺等。这类渗剂可单一使用，也可与其他有机化合物同时使用。

3）以氨气为主，添加二氧化碳、吸热式气氛、放热式气氛等任何一种气体。

（2）工装夹具新炉和新夹具应预渗氮处理3～5h以上。有的渗氮罐在长期使用中出现氨分解率增高现象，为使氨分解率稳定，则需停炉后进行880～860℃×2～4h的退氮处理。

（3）局部防渗对局部不需要共渗部位的防渗常用镀锡法。在防渗表面镀5～10μm的锡层，为防止共渗时，锡液流淌，镀锡后须加磷酸盐覆膜处理，也可以在表面镀8～15μm铜层。

（4）氮碳共渗温度氮碳共渗温度一般为570℃。对于高铬工具钢（如Cr12MoV），为保证工件整体强度和热硬性，氮碳共渗温度才采用较低的温度（510～550℃），使之略低于工模具的回火温度；低碳钢可以取600～650℃。

（5）氮碳共渗时间氮碳共渗时间一般采用2～4h。工件表面化合物层深度随时间增加而增加，达到6h后渗速明显减慢。希望通过延长时间增加渗层深度有一定局限性。渗层的表面硬度一般在2～3h出现最大值。

对于高速钢刀具，氮碳共渗时间一般不要超出1.5h，目的是减少脆性。

（6）炉内压力炉内压力对表面硬度有明显影响，一般要≥0.2kPa。

（7）组织中白亮层的控制氨气分解率与白亮层厚度的关系见图2-41。利用氨气分解率测定器（100等分刻度高度）测量分解率时，测定器中的水位高度刻度数（没有水部分的高度）即为氨气的名义分解率。

（8）渗后冷却氮碳共渗后工件一般应快冷。高合金钢可在油中或空气中冷却，以防开裂；碳钢、低合金钢、铸铁则可在水中或氯化钠水溶液中冷却。

快速冷却可使表面残留压应力进一步提高，从而显著提高工件的疲劳强度，并使表面色泽美观。

（9）氮碳共渗组织、硬度检测按照JB/T4155—1999《气体氮碳共渗》和GB/T 11354—2005《钢铁零件渗氮深度测定和金相组织检验》，对表面硬度、渗层深度以及组织进行检测。

图2-41 氨气分解率与白亮层厚度的关系

注：渗剂为氨+酒精，氮碳共渗工艺为570℃×3h。

（10）渗层深度和表面硬度常用材料气体氮碳共渗后渗层深度和表面硬度见表2-26。

表2-26 常用材料气体氮碳共渗后渗层深度和表面硬度

（续）

氮碳共渗工艺及参数及其对材料性能的影响

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