國家産品質量監督檢驗院檢測 權威認證 特殊鹽浴液體氮化「各項指标均超QPQ表面處理」通用各種鋼材不變形 可加工8米大型零件更硬 更耐磨 更抗腐蝕

蘇州光中熱處理服務有限公司

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(蘇州光中熱處理)氮化處理,QPQ表面處理等方式比較——轉載

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一、氮化的機理
氮化是将工件放入大量活性氮原子的介質中,在一定溫度與壓力下,把氮原子滲入鋼件表面,形成富氮硬化層的熱處理。
二、氮化的作用
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、氮化能使零件表面有更高的硬度和耐磨性。例如用38CrMoAlA鋼制作的零件經氮化處理後表面的硬度可達HV=950—1200,相當于HRC=65—72,而且氮化後的高強度和高耐磨性保持到500—600,不會發生顯著的改變。
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、能提高抗疲勞能力。由于氮化層内形成了更大的壓應力,因此在交變載荷作用下,零件表現出具有更高的疲勞極限和較低的缺口敏感性,氮化後工件的疲勞極限可提高15—35%
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、提高工件抗腐蝕能力,由于氮化使工件表面形成一層緻密的、化學穩定性較高的ε相層,在水蒸氣中及堿性溶液中具有高的抗腐蝕性,此種氮化法又簡單又經濟,可以代替鍍鋅、發藍,以及其它化學鍍層處理。此外,有些模具經過氮化,不但可以提高耐磨性和抗腐性,還能減少模具與零件的粘合現象,延長模具的工作壽命。
二、氮化的實現方法
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、氣體氮化
氣體氮化是将工件放入一個密封空間内,通入氨氣,加熱到500-580保溫幾個小時到幾十個小時。氨氣在400以上将發生如下分解反應:2NH3—→3H2+2[N],從而爐内就有大量活性氮原子,活性氮原子[N]被鋼表面吸收,并向内部擴散,從而形成了氮化層。
以提高硬度和耐磨性的氮化通常滲氮溫度為500—520。停留時間取決于滲氮層所需要的厚度,一般以0.01mm/h計算。因此為獲得0.25—0.65mm的厚度,所需要的時間約為20—60h。提高滲氮溫度,雖然可以加速滲氮過程,但會使氮化物聚集、粗化,從而使零件表面層的硬度降低。
對于提高硬度和耐磨性的氮化,在氮化時必須采用含MoAV等元素的合金鋼,如38CrMoAlA38CrMoAA等鋼。這些鋼經氮很後,在氮化層中含有各種合金氮化物,如:AlNCrNMoNVN等。這些氮化物具有很高的硬度和穩定性,并且均勻彌散地分布于鋼中,使鋼的氮化層具有很高的硬度和耐磨性。Cr還能提高鋼的淬透性,使大型零件在氮化前調質時能得到均勻的機械性能。Mo還能細化晶粒,并降低鋼的第二類回火脆性。如果用普通碳鋼,在氮化層中形成純氮化鐵,當加熱到較高溫度時,易于分解聚集粗化,不能獲得高硬度和高耐磨性。
抗腐蝕氮化溫度一般在600—700之間,分解率大緻在40—70%範圍,停留時間由15分鐘到4小時不等,深度一般不超過0.05m m。對于抗腐蝕的氮化用鋼,可應用任何鋼種,都能獲得良好的效果。
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、液體氮化
液體氮化它是一種較新的化學熱處理工藝,溫度不超過570,處理時間短,僅1—3h;而且不要專用鋼材,試驗表明:40Cr經液體氮化處理比一般淬火回火後的抗磨能力提高50%;鑄鐵經液體氮化處理其抗磨能力提高更多。不僅如此,實踐證明:經過液體氮化處理的零件,在耐疲勞性、耐腐蝕性等方面都有不同程度的提高;高速鋼刀具經液體氮化處理,一般能提高使用壽命20—200%3Cr2W8V壓鑄模經液體氮化處理後,可提高使用壽命3—5倍。液體氮化表層硬而不脆,并且具有一定的韌性,不容易發生剝落現象。
但是,液體氮化也有缺點:如它的氮化表層中的氮鐵化合物層厚度比較薄,僅僅隻有0.01—0.02mm。國外多采用氰化鹽作原料液體氮化,國内已改用無毒原料液體氮化。我國無毒液體氮化的配方是:尿素40%,碳酸鈉30%、氯化鉀20%,氫氧化鉀10%(混合鹽溶點為340左右)。液體氮化雖然有很多優點,但由于溶鹽反應有毒性,影響操作人員身體健康,廢鹽也不好處理。因此,與用越來越受到限制。
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、離子氮化
離子氮化又叫輝光離子氮化是最近起來的一種熱處理工藝,它具有生産周期短,零件表面硬度高,能控制氮化層脆性等優點。因而,近幾年來國内發展迅速,使用範圍很廣。
輝光離子氮化的基本原理:
輝光離子氮化是将零件放到離子氮化的真空室内,氮化的零件接高壓直流電源的陰極(負極),電爐外殼接直流高壓電源的陽極(正極),當向真空容器内充入氨氣,但容器内壓強保持200-1000PA之間,在陰極和陽極間加800—1000伏直流電壓,氨氣就會電離,這種氣體經電離作用後,産生帶正電的氮陽離子[N+]和帶負電的陰離子[N-],形成了一個等離子區。在等離子區内,氮的正離子在高壓電場加速下,快速沖向陰極,轟擊清洗需氮化的零件表面,将動能轉變為熱能,還由于氮離子轉變成氮原子時,又放出大量的熱能并發出很亮的淡紫色光,另外電壓降落在工件附近時也産生熱量,這三種熱量将零件加熱到需要氮化溫度。
在這種溫度下,氮離子與零件金屬表面發生化學反應,氮原子滲入到零件表面并擴散到内部,形成了氮化層。
輝光離子氮化的特點:
 
1)、表面加熱速度快,可縮短加熱及冷卻時間,到十分之一至十二分之一。而且除處理表面加熱外其餘部分均處在低溫(100左右)狀态,既節約了加熱功率又減少零件的變形。
 
2)、擴散過程快,在高壓電場作用下,由于氮化原子的運動速度比氣體氮化快許多倍,滲入速度更快,一般隻需要3—10h
 
3)、氮化層韌性好,具有高抗疲勞和高抗磨性能,氮化層脆性白色ε(Fe2N)控制在0—0.2mm範圍,從而免去氮化零件的磨削加工。
表面硬度高達HV900(HRC64),氮化層深度可掌握在0.09—0.87mm
四、各種氮化法的成本分析
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、鹽浴氮化爐結構簡單,價格低,操作工藝很容易掌握,氮化成本也低,但氮化質量不高,廢棄物有污染,通常很少采用。
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、氣體氮化爐構複雜,價格稍高,操作相比而言稍有難度,但氮化質量好,可以達到很深的滲層與較高的硬度,但需要較長的時間,氨氣的用量也很高
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、離子氮化爐生産制造工藝要求很高,所用材料也很講究,電氣控制技術含量很高,對操作人員的整體要求高,但氮化質量最好,滲入速度快,氮化成本低于氣體氮化,是很好的發展趨勢。
以一次性裝爐量在400公斤為例:初步投資别如下
鹽浴氮化爐投資在貳萬元左右
氣體氮化爐在肆萬元左右
離子氮化要在玖萬元左右
達到同樣的滲層,離子氮化的成本約為氣體氮化的60%(由于鹽浴氮化很難達到氣體氮化與離子氮化的滲層,所以不能比較它們的運行成本)


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