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氮化處理
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氮化處理
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  氮化處理是指一種在一定溫度下一定介質中使氮原子滲入工件表層的化學熱處理工藝。經氮化處理的制品具有優異的耐磨性、耐疲勞性、耐蝕性及耐高溫的特性。

  氣體氮化

  氣體氮化系于1923年由德國AF ry 所發表,将工件置于爐内,利NH3氣直接輸進500~550℃的氮化爐内,保持20~100小時,使NH3氣分解為原子狀态的(N)氣與(H)氣而進行滲氮處理,在使鋼的表面産生耐磨、耐腐蝕之化合物層為主要目的,其厚度約為0.02~0.02m/m,其性質極硬Hv 1000~1200,又極脆,NH3之分解率視流量的大小與溫度的高低而有所改變,流量愈大則分解度愈低,流量愈小則分解率愈高,溫度愈高分解率愈高,溫度愈低分解率亦愈低,NH3氣在570℃時經熱分解如下:

  NH3 →〔N〕Fe + 3/2 H2

  經分解出來的N,随而擴散進入鋼的表面形成。相的Fe2 - 3N氣體滲氮,一般缺點為硬化層薄而氮化處理時間長。

  氣體氮化因分解NH3進行滲氮效率低,故一般均固定選用适用于氮化之鋼種,如含有Al,Cr,Mo等氮化元素,否則氮化幾無法進行,一般使用有JIS、SACM1新JIS、SACM645及SKD61以強韌化處理又稱調質因Al,Cr,Mo等皆為提高變态點溫度之元素,故淬火溫度高,回火溫度亦較普通之構造用合金鋼高,此乃在氮化溫度長時間加熱之間,發生回火脆性,故預先施以調質強韌化處理。NH3氣體氮化,因為時間長表面粗糙,硬而較脆不易研磨,而且時間長不經濟,用于塑膠射出形機的送料管及螺旋杆的氮化。

  液體氮化

  液體軟氮化主要不同是在氮化層裡之有Fe3Nε相,Fe4Nr相存在而不含Fe2Nξ相氮化物,ξ相化合物硬脆在氮化處理上是不良于韌性的氮化物,液體軟氮化的方法是将被處理工件,先除鏽,脫脂,預熱後再置于氮化坩埚内,坩埚内是以TF – 1為主鹽劑,被加溫到560~600℃處理數分至數小時,依工件所受外力負荷大小,而決定氮化層深度,在處理中,必須在坩埚底部通入一支空氣管以一定量之空氣氮化鹽劑分解為CN或CNO,滲透擴散至工作表面,使工件表面最外層化合物8~9%wt的N及少量的C及擴散層,氮原子擴散入α – Fe基地中使鋼件更具耐疲勞性,氮化期間由于CNO之分解消耗,所以不斷要在6~8小時處理中化驗鹽劑成份,以便調整空氣量或加入新的鹽劑。

  液體軟氮化處理用的材料為鐵金屬,氮化後的表面硬度以含有 Al,Cr,Mo,Ti元素者硬度較高,而其含金量愈多而氮化深度愈淺,如炭素鋼Hv 350~650,不鏽鋼Hv 1000~1200,氮化鋼Hv 800~1100。

  液體軟氮化适用于耐磨及耐疲勞等汽車零件,縫衣機、照相機等如氣缸套處理,氣門閥處理、活塞筒處理及不易變形的模具處。采用液體軟氮化的國家,西歐各國、美國、蘇俄、日本。

  離子氮化

  此一方法為将一工件放置于氮化爐内,預先将爐内抽成真空達10-2~10-3 Torr(㎜Hg)後導入N2氣體或N2 + H2之混合氣體,調整爐内達1~10 Torr,将爐體接上陽極,工件接上陰極,兩極間通以數百伏之直流電壓,此時爐内之N2氣體則發生光輝放電成正離子,向工作表面移動,在瞬間陰極電壓急劇下降,使正離子以高速沖向陰極表面,将動能轉變為氣能,使得工件表面溫度得以上升,因氮離子的沖擊後将工件表面打出Fe.C.O.等元素飛濺出來與氮離子結合成FeN,由此氮化鐵逐漸被吸附在工件上而産生氮化作用,離子氮化在基本上是采用氮氣,但若添加碳化氫系氣體則可作離子軟氮化處理,但一般統稱離子氮化處理,工件表面氮氣濃度可改變爐内充填的混合氣體(N2 + H2)的分壓比調節得之,純離子氮化時,在工作表面得單相的r′(Fe4N)組織含N量在5.7~6.1%wt,厚層在10μm以内,此化合物層強韌而非多孔質層,不易脫落,由于氮化鐵不斷的被工件吸附并擴散至内部,由表面至内部的組織即為FeN → Fe2N → Fe3N→ Fe4N順序變化,單相ε(Fe3N)含N量在5.7~11.0%wt,單相ξ(Fe2N)含N量在11.0~11.35%wt,離子氮化首先生成r相再添加碳化氫氣系時使其變成ε相之化合物層與擴散層,由于擴散層的增加對疲勞強度的增加有很多助。而蝕性以ε相最佳。

  離子氮化處理的度可從350℃開始,由于考慮到材質及其相關機械性質的選用處理時間可由數分鐘以緻于長時間的處理,本法與過去利用熱分解方化學反應而氮化的處理法不同,本法系利用高離子能之故,過去認為難處理的不鏽鋼、钛、钴等材料也能簡單的施以優秀的表面硬化處理。




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