什么是渗氮处理？

2022-11-20

　　哪些材料可以氮化提高耐磨性，其实就是氮化是什么的问题。正好今天有老客户问这个问题，模具钢技术部借此机会详细解答了什么是渗氮处理。

　　首先，了解渗氮处理概念的含义。渗氮处理是指在一定温度下，氮原子在一定介质中渗入工件表面的化学热处理过程。氮化产品具有优异的耐磨性、抗疲劳性、耐腐蚀性和耐高温性，非常适合磨损要求高的工件。

　　言归正传，铝、铬、钒、钼等元素有助于渗碳。原因是这些元素在渗氮温度下与新生态氮原子接触时形成稳定的氮化物。因此，选择模具钢进行渗氮处理时，应考虑其元素成分。边肖在此提醒我，钼不仅用于生成氮化物，还用于降低渗氮温度下的脆性，所以这种元素对渗氮处理最有帮助。其他合金钢中的元素，如镍、铜、硅、锰等。，对渗氮特性贡献不大。一般来说，如果模具钢含有一种或多种氮化物形成元素，渗氮后的效果更好。其中，铝是最强的氮化元素，铝含量为0.851.5%的氮化效果最好。对于含铬的铬钢，如果有足够的含量，也可以获得很好的效果。但是没有含合金的碳钢，因为渗氮层脆，容易剥落，不适合渗氮钢。

　　我们举几个例子。我们可以根据不同的类别对它们进行分类:

　　1)含铝低合金高强度结构钢(标准渗氮钢)；

　　2)含铬的中碳低合金钢SAE 4100、4300、5100、6100、8600、8700和9800系列；

　　3)热加工模具钢(含铬5%左右)如H11、(SKD61模具钢)、H12、H13模具钢；

　　4)铁素体和马氏体不锈钢，以400系列为主；

　　5)奥氏体不锈钢，如300系列不锈钢；

　　6)沉淀硬化不锈钢，如17-4PH、17-7PH、A-286等。

　　当然，凡事都要有适量。一般来说，含铝的标准渗氮钢虽然渗氮后能获得高硬度、高耐磨的表层，但其硬化层也很脆。但要注意的是，含铬低合金钢的硬度相对较低，但硬化层比较韧，其表面也有相当的耐磨性和抗群聚性。因此，在选择材料时，要注意材料的特点，充分利用它们的优势来满足零件的功能。至于工具钢，如H11模具钢、SKD61模具钢、D2模具钢、SKD11模具钢等。，它们具有高表面硬度和高核心强度。

　　接下来，我们将稍微谈谈渗氮处理的步骤:

　　渗氮处理前，应清洗零件

　　大多数零件在用气体去油后可以立即氮化。部分零件最好用汽油清洗，但如果在渗氮前的最终加工方法中采用抛光、打磨和抛光，可能会产生阻碍渗氮的表层，导致渗氮层不均匀或渗氮后弯曲等缺陷。此时，应采用以下两种方法之一去除表层。第一种方法是在渗氮前用气体去油。然后用氧化铝粉对表面进行磨料清洗。第二种方法是在表面涂覆磷酸盐涂层。

　　氮化炉排气

　　待处理的零件放入氮化炉内，炉盖密封后即可加热，但加热到150℃前必须将炉内空气排除。

　　清除炉的主要作用是防止氨气分解时爆炸性气体与空气接触，防止处理后的物体和支架表面氧化。使用的气体是氨和氮。

　　消除炉内空气的要点如下:

　　(1)加工好的零件安装好后，密封炉盖，开始通入无水氨气，尽可能保证流量。

　　②将加热炉自动控温设定在150℃开始加热(注意炉温不能高于150℃)。

　　(3)当炉内空气排到10%以下，或排出的气体中含有90%以上的NH3时，炉温升至渗氮温度。

　　渗氮是通过扩散与初生态氮接触的其他合金元素来进行的，但是初生态氮的产生会促进氨的分解，因为当氨与加热的钢接触时，钢本身会变成催化剂。

　　虽然可以在各种分解速率的氨气下进行渗氮，但一般采用1530%的分解速率，渗氮所需的厚度至少保持410小时，处理温度保持在520℃左右。

　　大多数工业渗氮炉都装有热交换器，以便渗氮后快速冷却加热炉和待处理零件。即渗氮完成后，关闭加热电源，使炉温降低50℃左右，然后将氨的流量增加一倍，然后启动换热器。此时需要观察连接排气管的玻璃瓶内是否有气泡溢出，确认炉内正压。引入炉内的氨气稳定后，可以降低氨的流速，直到炉内保持正压。当炉温下降到150℃以下时，只有通过使用上述从炉中除去气体的方法引入空气或氮气后，才能打开炉盖。

　　最后，我们将解释氮化处理的几种方法。

　　气体氮化

　　NH3→〔氮〕铁+3/2 H2

　　分解的氮扩散到钢的表面形成。Fe2-3N气体渗氮的普遍缺点是硬化层薄，渗氮时间长。

　　气体氮化由于分解NH3的氮化效率低，所以适合氮化的钢种，如含有铝、铬、钼等氮化元素。，否则不能进行氮化，一般采用JIS、SACM1新JIS、SACM645、SKD61进行强化回火，也叫淬火回火。因为铝、铬、钼等。都是提高转变点温度的元素，淬火温度高，回火温度比普通建筑用合金钢高，处于氮化NH3气体氮化中，由于表面粗糙、坚硬、易碎，长时间难以研磨，不经济，用于塑料注塑机的进料管和螺杆的氮化。

　　液体氮化

　　液体软氮化的主要区别是渗氮层中有Fe3N相和Fe4Nr相，但没有Fe2N相氮化物。相化合物硬而脆，在渗氮处理中比韧性氮化物差。液体软氮化的方法是将工件先除锈、脱脂、预热后再放入氮化坩埚中，以TF-1为主盐剂加热至℃。渗氮层的深度根据工件上的外力载荷来确定。在处理过程中，必须在坩埚底部引入一根空气管，用一定量的空气氮化剂分解CN或CNO，向工作面渗透扩散，使工件表面最外层化合物为8-9wt%的N和少量的C及扩散层，氮原子扩散到-Fe基体内，使钢零件更耐疲劳。渗氮期间，由于CNO的分解和消耗，应保持在6-8

　　液态软氮化处理的材料为铁金属，氮化后表面硬度较高，含有al、Cr、Mo、Ti元素，含金量越多，氮化深度越浅，如碳钢Hv ，不锈钢Hv ，氮化钢Hv 。

　　液体软氮化适用于耐磨、耐疲劳的汽车零部件、缝纫机、照相机等。，如气缸套处理、气门处理、活塞气缸处理以及不易变形的模具。采用液体软氮化的国家包括西欧国家、美国、苏联和日本。

　　离子氮化

　　方法如下:将工件放入氮化炉中，预先将炉抽真空至10-210-3乇(㎡Hg)，然后通入N2气体或N2+H2混合气体，将炉调至110乇，将炉体与阳极连接，将工件与阴极连接，并在两电极之间施加几百伏的直流电压，此时炉内的N2气体便灿烂地放出正离子，向工作面移动。瞬间阴极电压急剧下降，使正离子高速冲向阴极表面，动能转化为气体能量，使工件表面温度升高。氮离子撞击后，铁等元素。C.O飞溅到工件表面，与氮离子结合形成FeN，从而氮化铁逐渐吸附在工件上产生氮化。离子氮化基本上使用氮气，但如果加入碳化氢气体，可以进行离子软氮化。但一般称为离子渗氮处理，可以通过改变炉内填充的混合气体(N2+H2)的分压比来调节工件表面的氮浓度。进行纯离子渗氮时，工作表面的单相r’(Fe4N)组织含有5.76.1%wt的N，厚层在10n以内，这种化合物层坚韧而不多孔，不易脱落。由于氮化铁不断被工件吸收扩散，由表及里的组织为FeN→Fe2N→Fe3N→Fe4N，单相(Fe3N)的n含量为5.711.0 wt%，单相(Fe2N)的n含量为11.011.35 wt%。加入碳化氢体系后，通过离子渗氮产生R相，然后成为相的化合物层和扩散层。由于有扩散层，相是最好的刻蚀性能。

　　离子渗氮处理的程度可以从350℃开始。考虑到材料的选择及其相关的机械性能，处理时间可以从几分钟到很长时间。这种方法不同于以往热分解化学反应渗氮的处理方法。这一定律体系使用高离子能量，因此不锈钢、钛、钴等过去难以处理的材料也可以简单地进行优异的表面硬化处理。

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