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離子滲氮工藝原理

信息來源:http://www.gzzyw.com.cn/ 作者:離子氮化爐公司 發布時間:2020-08-28 17:36

  ﹝一﹞ 鋼的滲氮

  滲氮是把氮滲入鋼件的表面,形成富氮硬化層的化學熱處理過程。

  在工業生產中,常用的工藝方法有:氣體滲氮、鹽浴滲氮和離子滲氮。

  1.滲氮工藝的特點

  ﹝1﹞滲氮后的零件表面具有高的硬度、耐磨性、疲勞強度和低的缺口敏感性。

  ﹝2﹞滲氮溫度較低,一般在500-600℃,而且,滲氮層的高硬度可以由滲氮直接得到,不需要經過較高溫度的加熱和淬火。所以,滲氮工藝的變形是小的,常常作為零件的最后一道工序。

  ﹝3﹞滲氮層有較高的抗腐蝕性能。

  2.滲氮工藝的化學過程

  滲氮和其他化學熱處理工藝一樣,也是由分解、吸收、擴散三個基本過程組成的。

  ﹝1﹞分解

  滲氮介質﹝通常為氨氣﹞通過熱分解或其他方法,生成活性氮原子。

  ﹝2﹞吸收

  鋼表面吸收氮原子,形成氮在鐵中的固溶體和氮化物。

  ﹝3﹞擴散

  氮從表面高濃度的飽和層向鋼內層深處進行擴散,形成一定深度的滲氮層。

  3.滲氮層的組織

  根據Fe-N狀態圖,滲氮層主要由α、γ、γ,、ε四個相組成。

  ﹝1﹞α相

  氮在α-Fe中的間隙固溶體。大溶解度為0.1%。

  ﹝2﹞γ相

  氮在γ-Fe中的間隙固溶體。

  ﹝3﹞γ,相

  為一可變成分的間隙相化合物,含氮量在5.7-6.1%之間,成分符合Fe4-N。

  ﹝4﹞ε相

  是含氮量變化范圍相當寬的化合物,成分在8.25-11.0%之間變化。ε相硬度高,脆性大。

  4.合金元素的作用

  碳鋼和合金鋼中由于碳和合金元素的作用,也影響滲氮層的形成。

  碳的存在會使氮的擴散受阻,減小滲氮層的厚度。

  鋼中大部分合金元素都能形成氮化物,按氮化物的穩定性﹝穩定性越高,硬度也越高﹞次序排列依次為:Ti、Al、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe。所以,為了在表面得到高的硬度和耐磨性,向鋼中加入能與氮形成穩定氮化物的合金元素。同時,V、W、Mo、Cr等合金元素還能改善鋼的組織,提高心部的強韌性。

  合金元素也會使氮的擴散受阻,減小滲氮層的厚度。

  ﹝二﹞ 離子滲氮工藝原理

  離子滲氮滲氮層的形成也是由分解、吸收、擴散三個基本過程組成的。但是,由于輝光放電的作用,其機理有所不同。

  在真空爐體內,工件接陰極,爐體接陽極,在陰陽極間施加數百伏的直流電壓,產生輝光放電,使含氮的稀薄氣體﹝如氨氣﹞電離,形成等離子體。N+、H+離子在陰極位降區被加速,轟擊陰極表面,使陰極表面活化,并發生一系列反應。首先,離子轟擊動能轉化為熱能,加熱工件。其次,離子轟擊打出電子,產生二次電子發射,同時,由于陰極濺射作用,工件表面的C、O、Fe等原子被轟擊出來,Fe與陰極附近的活性N原子﹝或N離子﹞結合形成FeN沉積在陰極表面,依次分解:FeN→Fe2N→Fe3N→Fe4N,并同時產生活性N原子,由于陰極由表及里的高N濃度差,活性N原子在一定溫度下,向心部擴散形成滲氮層。


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