钢材热处理_离子氮化、液体氮化、气体氮化、..._模具钢材_

本站之前发表过：钢表面处理：软氮化和硬氮化解释，渗碳 氮化 氮化笔记气之差的碳氮共渗表面处理工艺经验教训， 八种常见的金属材料和表面处理工艺，今天，让我们了解一下：氮化处理是一种化学热处理工艺，使氮原子在一定温度下渗透到工件表面。氮化产品具有优异的耐磨性、耐疲劳性、耐腐蚀性和耐高温性。氮化产品具有优异的耐磨性、耐疲劳性、耐腐蚀性和耐高温性。

》》 氮化处理简介

铝、铬、钒和钼在传统合金钢中对渗氮非常有帮助。这些元素在渗氮温度下与初生态氮原子接触时产生稳定的氮化物。特别是钼不仅作为氮化物的产生，也作为降低渗氮温度的脆性。镍、铜、硅、锰等合金钢中的其它元素对渗氮特性帮助不大。一般来说，如果钢含有一种或多种氮化物生成元素，氮化后效果较好。铝是含有0的更强氮化物元素.85～1.5%铝的渗氮效果更好。对于含铬的铬钢，如果含量足够，也能得到很好的效果。但无合金碳钢，由于其产生的渗氮层很脆，容易剥落，不适合作为渗氮钢。

常用的渗氮钢有六种：

(1)含铝元素的低合金钢(标准渗氮钢)

(2)含铬中碳低合金钢 SAE 4100，4300，5100，6100，8600，8700，9800系。

(3)热作模具钢(含约5%铬) SAE H11 （SKD – 61）H12，H13

(4)不锈钢铁素体和马氏体系 SAE 400系

(5)奥氏体系不锈钢 SAE 300系

(6)硬化不锈钢沉淀 17 - 4PH，17 – 7PH，A – 286等

含铝后，含铝的标准渗氮钢硬度高，耐磨性高，但硬化层也很脆。相反，含铬的低合金钢硬度较低，但硬化层具有韧性，其表面具有相当的耐磨性和耐磨性。相反，含铬的低合金钢硬度较低，但硬化层具有韧性，其表面具有相当的耐磨性和耐磨性。因此，在选择材料时，应注意材料的特点，充分利用其优点，以满足零件的功能。至于工具钢H11（SKD61）D2（SKD – 11)即表面硬度高，心部强度高。

》》作用

提高钢件的耐磨性、表面硬度、疲劳极限和耐腐蚀性。

》》技术流程

清洁渗氮前零件表面

大多数零件，可以用气体去油法去油后立即渗氮。有些零件也需要用汽油清洗，但如果在渗氮前的更终加工方法是抛光、研磨、研磨等，可能会产生阻碍渗氮的表面层，导致渗氮后氮化层不均匀或弯曲。此时，应使用以下两种方法之一来去除表层。**种方法是在渗氮前用气体去油。然后用氧化铝粉喷砂表面（abrasive cleaning） 。第二种方法是用磷酸皮膜处理表面（phosphate coating）。

排出空气的渗氮炉

将处理好的零件放入渗氮炉中，密封炉盖，但加热至150℃以前必须在炉内排空。

排除炉内的主要功能是防止氨分解时与空气接触时爆炸性气体，防止被处理物和支架表面氧化。使用的气体有氨和氮。

排除炉内空气的要点如下：

①被处理零件装妥后将炉盖封好，开始通无水氨气，其流量尽量可能多。

②将加热炉的自动温度控制设置为150℃并开始加热(注意炉温不能超过150℃）。

③炉内空气排放至10%以下，或排放的气体NH3.将炉温升高至渗氮温度。

氨的分解率

渗氮是与初生态氮接触的其他合金元素，但初生态氮的产生促进了氨的分解，即当氨与加热中的钢接触时，钢本身成为催化剂。

虽然氮气可以在各种分解率的氨下渗出，但分解率一般为15~30%，根据氮气渗出所需厚度至少保持4~10小时，处理温度为520℃左右。

冷却

大多数工业渗氮炉都有热交换机，以便在渗氮工作完成后快速冷却加热炉和处理零件。即渗氮完成后，关闭加热电源，降低炉温约50℃，然后将氨的流量增加一倍，开始热交换机。此时，应注意观察连接到排气管上的玻璃瓶中是否有气泡溢出，以确认炉内的正压。等待导入炉中的氨稳定后，可以减少氨的流量，直到炉中保持正压。当炉温下降至150℃下面，即使用上述排除炉内气体的方法，进口空气或氮气后才能打开炉盖。

》》气体氮化

1923年，德国气体氮化AF ry 出版后，将工件放入炉内，利润NH3直接输入500~500℃在氮化炉中，保持20~100小

NH3 →〔N〕Fe 3/2 H2

经分解出来的N，然后扩散到钢的表面。相的Fe2 - 3N气体渗氮的一般缺点是硬化层薄，氮化处理时间长。

分解气体氮化NH3.渗氮效率低，一般固定适合氮化的钢种，如果含有Al，Cr，Mo等氮化元素，否则几乎不能进行氮化，一般使用JIS、SACM1新JIS、SACM645及SKD61强化处理又称调质原因Al，Cr，Mo淬火温度高是提高变态点温度的元素，回火温度也高于普通结构中使用的合金钢，在氮化温度长期加热之间发生回火脆性，因此应提前进行质量调节和韧化处理。NH3气体氮化，

》》液体氮化

液体软氮化的主要区别在于氮化层Fe3Nε相，Fe4Nr相存而不含Fe2Nξ相氮化物，ξ硬脆相化合物是氮化处理中不良于韧性的氮化物。液体软氮化的方法是先除锈、脱脂、预热，然后放入氮化坩埚中。TF – 1为主盐剂，被加温到560～600℃处理数分至数小时，依工件所受外力负荷大小，而决定氮化层深度，在处理中，必须在坩埚底部通入一支空气管以一定量之空气氮化盐剂分解为CN或CNO，渗透扩散到工作表面，使工件表面更外层化合物8~9%wt的N及少量的C氮原子扩散到扩散层中α – Fe钢件在基地中更耐疲劳，由于氮化CNO为了调节空气量或添加新的盐剂，需要在6~8小时的处理中不断检测盐剂成分。

用于液体软氮化处理的材料是铁金属，氮化后的表面硬度含有铁金属 Al，Cr，Mo，Ti硬度较高，含金量越高，氮化深度越浅，如碳钢Hv 350～650，不锈钢Hv 1000～1200，氮化钢Hv 800～1100。

液体软氮化适用于耐磨、耐疲劳气门阀处理、活塞筒处理、不易变形的模具等耐磨、耐疲劳的汽车零件、缝衣机、相机等。

液体软氮化适用于耐磨、耐疲劳等汽车零部件、缝纫机、相机等气缸套处理、阀门阀处理、活塞缸处理和不易变形的模具。西欧**、美国、苏联、俄罗斯和日本使用液体软氮化。

》》离子氮化

该方法是将一个工件放入氮化炉中，提前将炉内抽入真空达10-2~10-3 Torr（㎜Hg）后导入N2气体或N2 H2.调整炉内混合气体1~10 Torr，将炉体连接到阳极，工件连接到阴极，两极之间通过数百伏的直流电压，此时炉内之N2气体光放电成正离子，移动到工作表面，即时阴极电压急剧下降，使正离子高速冲向阴极表面，动能转化为气能，使工件表面温度升高，工件表面受氮离子冲击Fe.C.O.等元素飞溅，与氮离子结合FeN，因此，氮化铁逐渐被工件吸附，产生氮化作用，离子氮化基本上是氮，但如果添加碳化氢气体，可以作为离子软氮化，但一般称为离子氮化处理，工件表面的氮浓度可以改变炉内填充的混合气体（N2 H2)调整分压比，纯离子氮化时，工作表面单相r′（Fe4N）组织含N量在5.7～6.1%wt，厚层在10μm这种化合物层具有强度，而不是多孔质层，由于氮化铁不断被工件吸附并扩散到内部，从表面到内部的组织不易脱落FeN → Fe2N → Fe3N→ Fe4N顺序变化，单相ε（Fe3N）含N量在5.7～11.0%wt，单相ξ（Fe2N）含N量在11.0～11.35%wt，首先生成离子氮化r相再添加碳化氢气系时使其变成ε由于扩散层的增加，化合物层和扩散层对疲劳强度的增加有很大的帮助。而蚀性以ε相更佳。而蚀性以ε相更佳。

离子氮化处理程度可达350℃一开始，由于考虑到材料及其相关机械性能的选择可以从几分钟到长时间处理，该方法不同于过去使用热分解化学反应和氮化处理，该方法使用高离子能，过去认为不锈钢、钛、钴等材料也可以简单地进行**的表面硬化处理。