滲氮、滲碳工藝與操作過程.doc

一 滲碳工藝(氣體滲碳煤油)：滲碳鋼的碳含量一般在0.12%0.25%之間，其所含主要合金元素一般是鉻、錳、鎳、鉬、鎢、鈦等。 把爐溫升到800左右，斷開電源打開爐蓋，放入裝好工件的工裝，關(guān)閉爐蓋升溫到930左右。在升溫過程中，打開風(fēng)扇及煤油閥門，以每分鐘160滴的速度滴入爐內(nèi)，進(jìn)行排氣，同時打開試樣孔和排氣管并點燃排氣火焰。排氣時間一般為6080分鐘（保證溫度到滲碳溫度還要排氣30分鐘左右）； 當(dāng)火焰為雞蛋黃顏色時開始強滲了，此時要加大煤油的滴量，按每分鐘180200滴。在強滲時就可用放入試棒（含碳量少的材料，尺寸8100mm），關(guān)閉試樣孔，爐壓保持在610格滲層深爐壓取高值。滲碳速度一般按0.150.2mm/h來計算，如要滲層深度為0.81.2mm，則強滲時間為6小時，提前在強滲設(shè)定時間結(jié)束前半小時，取出試棒，觀察滲層深度（試棒滲層深度一般為工件的一半，這邊滲層深度靠操作工的肉眼加經(jīng)驗判斷），深度夠在強滲結(jié)束就可以開始擴散，否則增加強滲時間； 擴散期溫度不變，減少煤油滴量，按每分鐘100滴，一般擴散時間為6090分鐘，作用是均勻工件表層的碳溶度； 擴散期結(jié)束開始降溫，此時斷開加熱器，降溫到810左右，并在此溫度保溫1020分鐘。降溫期減少煤油滴量，按每分鐘60滴。保溫結(jié)束時斷開加熱器，關(guān)閉風(fēng)扇，打開爐蓋，用行車吊起工裝，垂直進(jìn)入溫度為5070的油中冷卻，冷卻時上下左右輕輕搖動工裝，一般冷卻時間為1020分鐘左右，吊起工裝時也要注意工件出油的溫度。冷卻好的工件要在半個小時之內(nèi)（防止工件開裂）進(jìn)行低溫回火，溫度一般在160190（由硬度要求而定），保溫時間2小時左右出爐空冷。 在滲碳過程中要隨時注意火焰形狀，正常的火焰是：火焰呈金黃色，無力不熄滅（斷續(xù)熄滅，說明水氣高了），火苗無黑焰和火星，火苗長100150mm；若火苗出現(xiàn)火星，說明爐內(nèi)炭黑過度；火苗過長、尖端外緣呈亮白色，說明滲碳劑供量過多；火苗短、外緣呈淺藍(lán)色并有透明，說明滲碳劑供量不足或爐子漏氣。 滲碳過程：煤油滴量管罐內(nèi)U型管排氣管；當(dāng)液滴直徑分別為3、3.5及4mm，滴速皆為200滴/分鐘，計算結(jié)果表明其流量分別為2.82、4.5及6.72毫升/分，相當(dāng)于1：1.6：2.4。一般以每100平方厘米的滲碳面積滴入1.01.2cm3/h的滲碳劑為宜。 氣體滲碳工藝：1，加氨滲碳，在滲碳?xì)怏w中通入一部分氨氣，可以收到良好的效果。一方面由于通入氨可以減少碳黑的形成，另一方面由于NH3分解產(chǎn)生的氮可以加快碳原子的吸收和擴散，縮短滲碳時間。一般是在井式氣體滲碳爐的滴管上裝一分管，通入2.55%的氨即可；2，煤油（或丙醇）+甲醇的分段滲碳，根據(jù)滲碳過程中不同階段及不同滲劑的性能特點，聯(lián)合使用煤油（或丙醇）+甲醇進(jìn)行分段滲碳，在滲碳的不同階段采用不同的滲劑和滴量。 由于甲醇裂解溫度低，產(chǎn)氣量大以及不易形成碳黑，所以在排氣階段的前期（900以下），單獨滴入甲醇，以盡快排除爐內(nèi)的空氣。在爐溫高于900后，煤油已能充分熱解，在正常滴量下也不致形成大量的碳黑，為了更快的恢復(fù)爐氣活性，改滴煤油，繼續(xù)排氣。保溫期可以減少煤油滴量（分解吸收平衡及避免形成碳黑），擴散過程總是慢于吸收過程的特點以及為了降低表層碳濃度，再進(jìn)一步減少煤油滴量。到降溫期預(yù)冷時，只要維持爐內(nèi)還原氣氛即可，因此又停滴煤油，改滴少量甲醇。 此工藝滲劑耗量小，生產(chǎn)周期短，而且表面含碳量也比較理想（0.8%1.1%）和滲層中碳濃度分布也較均勻。3，滴注式可控氣氛滲碳，是利用有機液體直接滴入爐罐而進(jìn)行碳勢控制的滲碳工藝，它同時向爐內(nèi)滴入兩種不同的有機液體。一種產(chǎn)生稀釋氣體，起到?jīng)_淡作用；另一種產(chǎn)生富化氣，起滲碳作用。 通常選用甲醇（CH3OH）產(chǎn)生稀釋氣體。甲醇在800時就能充分分解，為了防止零件氧化，在650時就可用向爐內(nèi)滴注。作用是滲碳初期排氣，滲碳階段維持爐內(nèi)正壓，并構(gòu)成恒定的爐氣成分。一般采用醇（甲醇、乙醇）類或酯（乙酸乙酯、醋酸乙酯）作為滲碳劑。國內(nèi)一些單位用丙酮或煤油作為滲碳劑進(jìn)行滴控也取得滿意的效果。 滴注式可控氣體滲碳可以獲得高質(zhì)量的滲碳層，表面光潔，碳勢可控，又具有井式爐氣體滲碳法的經(jīng)濟(jì)性和簡便性。二 滲氮工藝過程（氣體滲氮液氨）：爐罐用1Cr18Ni9Ti等不銹耐熱鋼做的，這種滲氮罐使用一段時間后，其表面往往會對氨的分解起到催化作用，加大氨的分解率，甚至發(fā)展到無法控制。因此在使用一段時期后，把滲氮罐加熱到800以上保溫34小時或650保溫6小時進(jìn)行退氮處理，處理后又可恢復(fù)正常使用。1），滲氮前的設(shè)備準(zhǔn)備及檢查1，清理氮化管，2，清理管道,2），滲氮工件的準(zhǔn)備1，非滲氮面的防護(hù)，鍍層或涂料，鍍層一般是鍍錫，涂料是水玻璃和石墨粉的混合物，2，工件表面的清洗，先用棉布擦干凈，再用汽油洗，最后用棉布把工件擦干凈；3，工夾具的準(zhǔn)備，也要干凈、無油垢和鐵銹，鐵絲也要去除表面的鍍錫層4，工件的裝爐，洗好的工件在2小時內(nèi)裝爐，工件的高度不能超過排氣管的高度，試樣也要一起放進(jìn)去5，升溫，封爐蓋進(jìn)行升溫，有風(fēng)扇的開風(fēng)扇并同氨氣。氨氣流量控制在0.20.3m3/小時或0.40.5m3/小時，使進(jìn)氣壓力保持在2040mm油柱。然后爐溫升到200250度，保溫13小時進(jìn)行排氣，用氨氣將罐內(nèi)和管道中的空氣排除干凈。當(dāng)罐內(nèi)空氣小于5%或氨氣分解率為零時，才允許繼續(xù)升溫。這時可以降低氨氣流量，保持罐內(nèi)正壓，使工件不被氧化即可； 當(dāng)爐溫升到450度左右時，控制升溫速度，不要過快，以免造成保溫初期的超溫。同時加大氨氣流量，使氨氣分解率控制在工藝規(guī)定的下限。這樣到達(dá)溫度后，氨氣分解率就會保持在要求分為內(nèi)，可以加快滲氮速度。在到溫前510度或到溫初期，校正溫度。滲氮溫度以罐內(nèi)溫度為準(zhǔn)；6，保溫， 滲氮罐內(nèi)到達(dá)溫度后，進(jìn)入保溫階段。這時根據(jù)工藝規(guī)范要求調(diào)節(jié)氨流量，并保持溫度和氨氣分解率的正確和穩(wěn)定。保溫初期當(dāng)測得分解率在要求范圍內(nèi)時，記下此時的進(jìn)氣和排氣壓力，并在整個過程中盡量保持壓力不變。同時每隔半小時或一小時測量氨氣分解率一次； 此外還要經(jīng)常觀察爐溫控制系統(tǒng)和風(fēng)扇運轉(zhuǎn)是否正常，進(jìn)氣及排氣壓力是否穩(wěn)定。爐內(nèi)工作情況可以通過流量計、壓力計及冒泡瓶反映出來；7，冷卻 保溫結(jié)束停電降溫時，必須繼續(xù)通氨氣，保持罐內(nèi)有一定正壓，防止空氣進(jìn)入罐內(nèi)使工件發(fā)生氧化，當(dāng)罐內(nèi)溫度降到200度以下時，可以停止供氨。開啟爐蓋，取出工件和試樣進(jìn)行空冷。3），滲氮質(zhì)量檢驗 一般包括外觀、滲氮層深度、表面硬度、心部硬度、滲氮層脆性、金相組織及變形等。1，金相組織氮化層的白層厚度不大于0.025mm，氮化層中不允許有粗大的氮化物，不允許出現(xiàn)自由鐵素體，擴散層應(yīng)為細(xì)致均勻的氮化索氏體2，心部組織為均勻細(xì)小的的回火索氏體，不允許有多量、大塊的自由鐵素體；3，滲層脆性，分為五級，一般要求是一級到二級；維氏壓痕，多用10公斤力的載荷進(jìn)行脆性測定；4，變形，最大變形處的磨削量不得超過0.10mm；5，外觀， 6，滲層深度 斷口法滲氮層組織較細(xì)，呈瓷狀斷口，心部組織較粗，故可以在帶刻度的放大鏡下直接測量其深度 金相法磨試樣，在顯微鏡下觀察組織邊界；硬度法因滲氮層較薄，用維氏硬度計或表面洛氏硬度計（HRN）測定其表面硬度，垂直切取下來（注意切取時不要使其受熱回火），用砂紙磨光，然后垂直滲氮表面（或成一定角度）測量維氏硬度（載荷9.8N），根據(jù)所測得硬度與至表面距離的關(guān)系曲線，以硬度大于HV550（相當(dāng)于HRC50）的層深作為有效滲氮深度。4），氮化過程：先是氨氣從液氨瓶中出來經(jīng)過針形閥和減壓閥U型壓力計流量計干燥箱爐蓋罐內(nèi)氨氣分解率測定計U型壓力計冒泡瓶廢棄排出； 1，由于液氨蒸發(fā)時，需要吸收大量熱，因而使液氨瓶出口管路處溫度降得很低。尤其是冬天更易使該出結(jié)冰而導(dǎo)致管道堵塞，對此必須采取防止措施。 2， 綜合考慮溫度對滲氮層深度與表面硬度的影響，滲氮溫度常在480560范圍內(nèi)選擇。形狀復(fù)雜、表面硬度要求較高的工件應(yīng)選下限。滲氮時間根據(jù)鋼成分、滲氮溫度及層深要求而定。 3，滲氮零件的工藝流程一般是： 鍛造退火（或正火加高溫回火）粗加工調(diào)質(zhì)半精加工除應(yīng)力回火精加工滲氮精研（磨）裝配。 鍛造后進(jìn)行退火目的是細(xì)化晶粒，均勻組織，消除鐵素體的方向性和內(nèi)應(yīng)力，改善機械加工性； 滲氮前的調(diào)質(zhì)主要是為了獲得均勻而致密的索氏體組織，使工件心部具有足夠的強度。 4，氨分解率的控制，是通過調(diào)整氨的流量及爐內(nèi)壓力來實現(xiàn)的。氨的流量越大，在爐膛內(nèi)停留的時間愈短，分解率越低；氨流量愈小，在爐膛內(nèi)停留的時間愈長，分解率就越高。 氨的分解率越低，則氣氛中氨的分壓就越大，因而其氮勢也就越高，工件表層也就易獲得較高的氮濃度。 5，氨分解率測量： 氨分解率=（氫氣體積+氮氣體積）/爐氣總體積100%=（容器全部體積-水的體積）/容器全部體積100% 氨能速溶于水，即水的體積即為氨的含量。 在測量時，不需要計算的，在容器上有刻度，水面處的刻度數(shù)就是氨分解率。這里的氨分解率并非真實的氨分解率，但是它基本上反映了氨的分解程度。 6， 等溫滲氮即一段滲氮，主要用于深度要求較淺，變形要求嚴(yán)，硬度要求高的零件。溫度510530，硬度可達(dá)HV10001150，滲氮層淺，變形小，脆性較低；溫度低，滲氮速度慢，生產(chǎn)周期長。對于某些精密零件，為了減少變形，可采用分段升溫，升溫到300左右保溫13h，然后再繼續(xù)升溫。 退氮處理在滲氮結(jié)束前24小時，為了降低滲氮白層的脆性，必須進(jìn)一步降低氮勢，以降低表層的氮濃度，故采用7080%的氨分解率或停止供氮，這一階段常稱作退氮處理。 二段滲氮，加快滲氮速度及獲得更深的滲層。第一階段在510520進(jìn)行滲氮1020h，并采用較低的氨分解率。目的是使零件表面形成顆粒細(xì)小，彌散度較高的氮化物。然后在550560及較高的氨分解率下進(jìn)行第二段滲氮，提高溫度目的在于加速氮原子的擴散，增加滲氮層深度。由于第一階段形成的氮化物穩(wěn)定性較高，在第二階段提高溫度時不會顯著聚集長大，因此硬度降低不多，且滲氮層中硬度分布比較平緩。第一階段溫度是決定滲氮層硬度的主要因素，若溫度過低，會使硬度顯著下降。HV8501000，總時間比等溫滲氮縮短2550%。第二階段較高的保溫溫度易使表層吸氮較多，增加表層脆性，故生產(chǎn)上從嚴(yán)控制第二階段溫度，不能高于550560；三段滲氮，特點是：適當(dāng)提高第二階段的溫度，加速滲氮，減少時間；再增加第三段，以獲得高濃度的表層，保持高硬度。510保溫為了獲得高的滲氮表層硬度；560保溫增加滲氮層的深度；520保溫是為了使最外層的氮再達(dá)到飽和，以提高硬度，同時增加滲氮層深度。硬度HV1000，滲氮時間上是三段最短，但在硬度、脆性、變形等方面都不如等溫滲氮。 7，不銹鋼的滲氮， 不銹鋼采用較高的滲氮溫度和較長的滲氮時間，但所獲滲氮層深度仍然很淺，原因是不銹鋼中大量的鉻、鎳、鎢、鉬等元素會阻礙氮原子擴散；在工件表面形成一層極薄而且致密的鈍化膜，這層膜在氮化時不易破壞，因而阻止氮原子的滲入。 為使?jié)B氮過程順利進(jìn)行，必須去除鈍化膜，常用方法是在滲氮罐中加入固體氯化銨。在300以上，氯化銨即會分解并與鈍化膜發(fā)生反應(yīng)，從而破壞鈍化膜，因而使?jié)B氮過程得以正常進(jìn)行。由于氯化銨在滲氮溫度下分解很快，為了延緩其分解過程，使它在較長的時間內(nèi)起到作用，往往將氯化銨和石英砂混合后加入滲氮罐中。氯化銨的加入量根據(jù)罐的容積而定，常為10