鋼材表面處理之:軟氮化和硬氮化講解

氮原子序數(shù)為7,比碳大1,原子結(jié)構(gòu)與碳不同,因此氮元素與鐵元素的化學(xué)作用和金屬晶體學(xué)作用完全不同于碳與鐵的相互作用。滲氮溫度比滲碳溫度低得多,滲氮層的結(jié)構(gòu)也比滲碳層復(fù)雜得多。本期分別簡要介紹滲氮和氮碳共滲的原理、工藝方法、作用及滲層檢查。

一、滲氮

鐘罩式氮化爐出爐場景

1.1 滲氮原理

    滲氮,也叫氮化,有時候為了區(qū)別軟氮化,也稱硬氮化,但就滲氮層硬度來講,并無軟硬之分。

    滲氮工藝過程和其它化學(xué)熱處理一樣,包括滲劑反應(yīng)、溶劑中擴(kuò)散、相界面反應(yīng)、氮元素在鐵中擴(kuò)散,以及擴(kuò)散過程中氮化物的形成。

    滲劑中的反應(yīng)主要指滲劑中分解出含有活性氮原子的過程,該物質(zhì)通過滲劑中的擴(kuò)散輸送至鐵表面,參與界面反應(yīng),在界面反應(yīng)中產(chǎn)生的活性氮原子被鐵表面吸收,進(jìn)而向內(nèi)部擴(kuò)散。

    滲氮使用最多的介質(zhì)是氨氣,在滲氮溫度下,氨是亞穩(wěn)定的,它發(fā)生如下分解反應(yīng):

    2NH3<=>3H2+2[N]

    當(dāng)活性氮原子遇到鐵原子時,則發(fā)生下列反應(yīng):

    Fe+[N]<=>Fe(N)

    4Fe+[N]<=>Fe4(N)

    2~3Fe+[N]<=>Fe2~3(N)

    2Fe+[N]<=>Fe2(N)

    Fe-N系中存在的相如表 1 所示。除表中所列各項外,Fe-N系中可能出現(xiàn)含氮馬氏體α′和介穩(wěn)定相α〞。前者是滲氮后快冷的產(chǎn)物,呈體心正方點陣,硬度較高可達(dá)650HV左右;α〞氮化物的分子式為Fe16N2,或Fe8N呈體心正方點陣。

▼表1 滲氮層中各相的性質(zhì)(純鐵滲氮)

    氮的滲入過程不同于滲碳,它是一個典型的反應(yīng)擴(kuò)散過程,依照Fe-N相圖,不同溫度下,隨著滲氮時間的延長,依次形成的相各有不同。詳見表2 。

▼表2 純鐵滲氮層中各相的形成順序及平衡狀態(tài)下各層的相組成物

    滲氮層的形成過程詳見圖1 。在滲氮初期,表層的α固溶體未被N所飽和,滲氮層的深度可隨時間的增加而增加。隨著氣相中氮的不斷滲入,使α達(dá)到飽和氮含量Cmax,即τ1時刻。在τ1~τ2時間內(nèi),氣相中的氮繼續(xù)向工件內(nèi)擴(kuò)散而使α過飽和,引發(fā)α→γ′反應(yīng),產(chǎn)生γ′相。深度時間繼續(xù)延長,表面形成一層連續(xù)分布的γ′相,達(dá)到γ′的飽和極限后,表面開始形成含氮量更高的ε相 。

▲圖1 共析溫度以下滲氮時氮含量與相組成的關(guān)系

    滲氮鋼中加入合金元素將形成合金氮化物,使?jié)B層硬度和耐磨性提高。表3 列出了氮化物的結(jié)構(gòu)與基本特點。

▼表3 滲氮層中氮化物的結(jié)構(gòu)與基本特性

    低碳鋼化合物的硬度約為HV300左右,中碳和高碳鋼化合物層硬度為HV500~600,合金鋼化合物層的硬度可以達(dá)到HV1000~1200。

    滲氮對材料的適應(yīng)面非常廣,一般的鋼鐵材料和部分非鐵金屬,如鈦及鈦合金等,均可進(jìn)行滲氮及多元共滲處理。以滲氮為主的多元共滲用鋼與滲氮用鋼是一致的。

    為了使工件心部具有足夠的強(qiáng)度,鋼的含碳量通常為(w)0.15%~0.50%,工具鋼更高。添加W、Mo、Cr、Ti、Ni、Al等合金元素,可以改善材料滲氮處理的工藝性及綜合力學(xué)性能。表4 列出了滲氮常用的鋼種。

▼表4 常用滲氮鋼種

38CrMoAl是應(yīng)用最廣的滲氮鋼,該鋼經(jīng)滲氮處理后可獲得很高的硬度,耐磨性好,淬透性好。Mo的加入,不僅提高了耐回火性,還抑制了第二類回火脆性,心部具有一定的強(qiáng)韌性,廣泛用于主軸、螺桿、非重載齒輪、氣缸筒等需要高硬度、高耐磨性而又沖擊不大的零件。
    滲氮零件為了心部具備較高的綜合力學(xué)性能,處理前一般需要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理,工模具采用淬火、回火處理,以獲得回火索氏體組織(工模具為回火馬氏體組織)。 表5 為部分材料調(diào)質(zhì)規(guī)范和機(jī)械性能。

▼表5 常用滲氮鋼的調(diào)質(zhì)處理參數(shù)及力學(xué)性能

    形狀復(fù)雜、畸變要求高的精密零件,在精加工之前,應(yīng)進(jìn)行1~2次穩(wěn)定化處理,以消除機(jī)械加工引起的應(yīng)力,并保證組織穩(wěn)定。穩(wěn)定化處理溫度應(yīng)高于滲氮溫度,穩(wěn)定化溫度與滲氮溫度都不能高于調(diào)質(zhì)回火溫度。

    滲氮件表面粗糙度對處理效果也有影響,粗糙的表面使?jié)B層的不均勻性和脆性增大。

    相同滲氮條件下,滲氮層深度和硬度與調(diào)質(zhì)預(yù)處理的回火溫度有關(guān)。表5 為38CrMoAl在35h不同溫度回火溫度回火后,在相同滲氮條件下對應(yīng)的滲氮層深度。可見,隨著調(diào)質(zhì)預(yù)處理的回火溫度的提高,相同條件下的滲氮層深度越深,硬度偏低。

▼表6 回火溫度對38CrMoAl 滲氮層深度的影響

    滲氮可使粗糙的表面粗糙度改善,又可使光潔的表面變得粗糙。一般處理后表面粗糙度Ra在0.8~1.4之間。滲氮件滲氮前的粗糙度Ra以1.6~0.8為宜。  

1.2 氣體滲氮

1.2.1 氣體滲氮設(shè)備及滲氮介質(zhì)

井式氣體氮化爐

    滲氮設(shè)備一般由滲氮爐、供氨系統(tǒng)、氨分解測定系統(tǒng)和測溫系統(tǒng)組成。氣體滲氮的裝置如圖2所示。

▲圖2 氣體滲氮裝置

1.2.2氣體滲氮工藝參數(shù)及操作過程         

   (1)滲氮溫度

    以提高表面硬度和強(qiáng)度為目的的滲氮處理,其溫度一般為480~570℃。滲氮溫度越高,擴(kuò)散速度越快,滲層越深。氮滲溫度超過550℃,合金氮化物將發(fā)生聚集長大而使硬度下降。參見圖4 。

   (2)滲氮時間

    滲氮保溫時間主要決定滲層深度,對表面硬度也有不同程度的影響。見圖4 b)

滲氮層深度隨滲氮時間延長而加深,符合拋物線規(guī)律,即滲氮初期深度隨時間的增長率大,隨后增長率趨緩。滲氮初表面硬度隨著時間延長而下降,這同樣與合金氮化物聚集長大有關(guān),而且滲氮溫度越高,長大速度越快,對硬度的影響也越明顯。

   (4) 抗蝕滲氮

    抗蝕滲氮的目的是獲得厚度為15~60μm的致密 ε 相的滲層,以提高工件在大氣及水中的抗蝕能力。抗蝕滲氮氨分解率不應(yīng)超過70%,滲氮溫度可達(dá)600~700℃,保溫時間以獲得要求的滲層深度為依據(jù),但時間又不能過長,以免 ε 變脆。表8 是純鐵、碳素鋼抗蝕滲氮工藝。

▼表8 純鐵、碳素鋼的抗蝕滲氮工藝

    為了使?jié)B氮層具有足夠的抗蝕性,應(yīng)保持 ε 相層具有50%以上的致密區(qū)。檢查抗蝕滲氮層的質(zhì)量,可將滲氮零件浸入10%的硫酸銅溶液中靜置2~3min,以零件表面不沉淀析出銅為合格。

    (5)可控滲氮

    在一定的滲氮時間內(nèi),形成化合物所需的最低氮勢稱為氮勢門檻值。材質(zhì)、滲氮工藝參數(shù)、工件表面狀況、爐內(nèi)氣流特點等因素都會影響氮勢門檻值 。氮勢門檻值可以通過實際測量繪制,是制訂可控滲氮工藝的重要依據(jù)。圖5 是通過試驗做出的40CrMo鋼制發(fā)動機(jī)曲軸的無白亮層氣氛氮勢與時間的關(guān)系曲線。

    所謂可控滲氮,就是根據(jù)氮勢門檻值曲線,實時調(diào)整工藝參數(shù),獲得工件所需的滲氮層組織。

1.2.4 不銹鋼與耐熱鋼的滲氮

    由于不銹鋼和耐熱鋼含鉻量較高,與空氣作用會在表面形成一層致密的氧化物薄膜(鈍化膜)這種薄膜會阻礙氮化物的滲入。不銹鋼、耐熱鋼與結(jié)構(gòu)鋼滲氮的最大區(qū)別就是前者在進(jìn)入滲氮罐之前,必須進(jìn)行去鈍化膜處理。通常用機(jī)械法和化學(xué)法兩類方法。

   (1)噴砂。

   (2)磷化。

   (3)氯化物浸泡。將噴砂或精加工后的工件用氯化物溶液浸泡,能有效地去除氧化膜。常用氯化物有TiCl2、TiCl3等。

    不銹鋼和耐熱鋼滲氮規(guī)范見表9。

1.2.5 鑄鐵的滲氮

    由于鑄鐵中碳、硅的含量較高,氮擴(kuò)散的阻力較大,要達(dá)到與鋼同樣的滲氮層深度,滲氮時間需要比鋼增加0.5~1倍。鑄鋼中添加錳、硅、鎂、鉻、鎢、鎳、鈰等元素可提高滲氮層硬度,但會降低滲氮速度。鋁既可提高滲氮速度,又不降低滲氮硬度。

    采用滲氮處理,可使鑄鐵件表面獲得一定深度、致密的、化學(xué)穩(wěn)定性較高的 ε 化合物層,能顯著提高材料抗大氣、過熱蒸汽、和淡水的腐蝕能力。球墨鑄鐵抗蝕滲氮的預(yù)處理通常采用石墨化退火獲得鐵素體基體。滲氮處理溫度為600~650℃、保溫1~3h、氨分解率40~70%的工藝,可獲得15~60μm的滲氮層,表面硬度約為400HV。

1.2.6 非滲氮部位保護(hù)

    根據(jù)使用和后續(xù)加工的要求,工件的一些部位不允許滲氮,因此在滲氮之前,必須對非滲氮部位進(jìn)行防滲處理,常用方法有以下三種:

   (1)鍍錫法

    錫或鉛錫合金的熔點很低,在滲氮溫度下,錫層熔化并吸附在工件表面,阻止氮原子滲入。為提高保護(hù)面對錫層的吸附力及錫層的均勻性,應(yīng)控制工件表面粗糙度。表面太光滑,錫在工件表面上加熱后容易流淌,難于吸附;但表面過于粗糙則會影響吸附層的均勻性,一般要求表面粗糙度Ra在6.3~3.2μm之間為宜。太薄則達(dá)不到防滲效果。鍍錫層一般在3~15μm范圍防滲效果良好。

   (2)鍍銅法

    與滲碳防滲一樣,鍍銅也可以防滲氮。一般是在粗加工后鍍銅,再在精加工工序剝?nèi)バ枰獫B氮部位的鍍層;或者精加工后在鍍銅時對需要滲氮的部位用涂料,膠帶等包扎起來,不予鍍銅。還可以對防滲部位使用刷鍍的方法鍍銅。鍍銅面粗糙度Ra為6.3較適宜,鍍銅層厚度不低于3μm。

   (3)涂料法

    市面上國內(nèi)外的防滲氮涂料都有出售。目前使用較多的涂料是水玻璃+石墨粉,具體配方為:中性水玻璃[含w(Na2O)7.08%、w(SiO2)29.54%]中加入10%~20%(w)的石墨粉。

    防滲氮面的表面粗糙度Ra在1.25~3.2μm為宜。涂覆前應(yīng)對表面進(jìn)行噴砂處理,然后加熱到60~80℃。涂料隨涂隨用,涂覆層應(yīng)均勻,厚度0.6~1.0mm,可自然干燥,或90~130℃烘干。

1.2.7 滲氮件的質(zhì)量檢查

   (1)外觀檢查

    正常的滲氮件表面呈銀灰色或淺灰色,不應(yīng)該出現(xiàn)裂紋、剝落或嚴(yán)重的氧化色及其它非正常顏色。如果表面出現(xiàn)金屬光澤,則說明工件的滲氮效果欠佳。

   (2)滲層硬度檢查

    滲氮層表面硬度可用維氏硬度計或表面洛氏硬度計測量。當(dāng)滲層很薄時,就需要用顯微硬度計測量。若需要測定化合物層硬度或從表面至心部的深度-硬度曲線,則采用顯微硬度法。

    值得注意的是,硬度檢測力的大小,必須根據(jù)滲層深度而定,試驗力太小,測量精度不高,太大又可能壓穿滲層,使硬度測量不能進(jìn)行。表10 是根據(jù)不同滲氮深度而推薦的硬度試驗力數(shù)值。

▼表10 滲氮層深度與硬度試驗力選擇表

   (3)滲氮層深度檢查

    滲氮層深度的測量方法有斷口法,金相法和硬度梯度法三種。

    斷口法是將缺口的試樣打斷,根據(jù)滲氮層斷口組織較細(xì)、呈瓷狀,而心部組織較粗、呈塑性破斷的特征,用25倍放大鏡進(jìn)行測量。此方法測量迅速,但精度較低。

    金相法是利用滲氮層組織與心部組織金相形貌不同,在放大100倍或200倍視場下,利用顯微鏡的標(biāo)尺,沿試樣表面垂直方向測至與基體組織有明顯分界處的距離。此即滲氮層深度。參見圖6 。

▲圖6 38CrMoAl鋼滲氮后的金相組織

    對一些鋼種的滲氮層顯微組織中,擴(kuò)散層與心部無明顯分界線的試樣,可加熱至接近或略低于Ac1的溫度(700-800℃)淬水,利用滲氮層含氮而使Ac1降低的特性來測定滲氮層。此時滲層淬火成為抗蝕較好的馬氏體組織,而心部為抗蝕較差的高溫回火組織。

    采用金相法測得的滲氮層深度,一般較硬度法測得的深度稍淺。

    硬度梯度法是將滲氮后的試樣沿層深方向測得一系列硬度值,利用深度-硬度值繪成曲線,曲線中比基體硬度高50HV處對應(yīng)的深度值,即為滲層深度。試驗采用顯微維氏硬度法,試驗力一般為2.94N((0.3kgf),根據(jù)情況可用1.96~19.6N(0.2g~2kgf)之間的其它試驗力。

    對于滲氮層硬度變化平緩的工件(如碳鋼或低碳低合金鋼件),其滲層深度可以從試驗表面沿垂直方向測至比基體維氏硬度值高30HV處。

   (4)滲氮層脆性檢查

    滲氮層脆性一般使用維氏硬度計壓頭壓痕的完整性來評定。試驗力為98.07N(10kgf),特殊情況下采用49.03N(5kgf)或294.21N(30kgf)卸去 載荷后觀察壓痕完整狀況,依其邊緣的完整性將滲氮層脆性分為5級,詳見圖7 。壓痕邊緣完整為1級,一邊或一角碎裂為2級,二邊或二角碎裂為3級,三邊或三角碎裂為4級,四邊或四角均碎裂為5級。1~3級為合格,主要零件1~2級為合格。

▲圖7 滲氮層脆性評級圖

    采用壓痕法評定滲氮層脆性,主觀因素較多,目前已有一些更為可觀的方法,如聲發(fā)射技術(shù),它是測出滲氮試樣在彎曲過程中出現(xiàn)的第一道裂紋時的撓度,用以定量描述脆性。

   (5)金相組織檢查

    滲氮件金相組織檢查包括滲層及心部兩部分。合格的滲氮層組織中不應(yīng)有脈狀、波紋狀、網(wǎng)狀以及骨狀氮化物。這些粗大的氮化物會使?jié)B層變脆、剝落。合格的心部組織應(yīng)為合格的心部索氏體組織(調(diào)質(zhì)前處理),不允許大量游離鐵素體存在。

   (6) 滲氮層疏松檢查

    將滲氮金相試樣放在500X下的顯微鏡下觀察,依其最嚴(yán)重的的部位評級。按照表面化合物層內(nèi)的微孔的形狀、數(shù)量及密集程度分為5級,一般1~3級合格,主要零件1~2級合格。 

    以上詳見國標(biāo):GB/T11354-2005  鋼鐵零件滲氮層深度測定和金相組織檢驗。

   (7) 滲氮層抗腐蝕性檢查

    抗腐蝕滲氮件的 ε 相通常在10μm以上,必須進(jìn)行抗腐蝕性能檢查,常用方法有兩種。

    第一種, 硫酸銅水溶液浸漬或滴定法。將試樣浸入(w)6~10%的水溶液中保持1~2mim,試樣表面無銅金屬沉積為合格。

    第二種,赤血鹽-氯化鈉浸漬或滴定法。取赤血鹽(K3(FeN)6) 10克,氯化鈉20克,溶于1000ml蒸餾水中,滲氮件浸入該溶液1~2min,無藍(lán)色印跡為合格。

   (8)尺寸及畸變檢查

    工件經(jīng)過滲氮處理后尺寸略有脹大。脹大量一般為滲氮層深度的3~4%。適當(dāng)?shù)念A(yù)處理、裝爐方法以及工藝流程可將畸變量降至最小。滲氮后需要精磨的零件,最大畸變處的磨削量不能大于0.15mm,否則,滲氮層中最有效的部分將被去除。 

1.2.8 滲氮件的缺陷及預(yù)防

    滲氮一些常見的缺陷及預(yù)防措施列于表11中 。   

    在以滲氮為主的工藝中再同時滲入碳元素的方法稱為氮碳共滲。俗稱軟氮化。但對于大多數(shù)合金鋼的氮碳共滲層硬度來說,軟氮化并不軟。

    所謂氮碳共滲,既是突出以滲氮為主的共滲的特點,也是為了區(qū)別碳氮共滲。

    共滲機(jī)理與滲氮相似,隨著時間的延長,表面氮、碳濃度不斷增加,發(fā)生反應(yīng)擴(kuò)散、形成白亮層及擴(kuò)散層。

    氮碳共滲所用的介質(zhì)必須能在其工藝溫度下分解出活性氮、碳原子。當(dāng)介質(zhì)為氨氣,同時再加入放熱式氣氛或吸熱式氣氛形成混合氣氛時,會發(fā)生如下分解反應(yīng),既能提供活性氮原子,也能提供活性碳原子,從而實現(xiàn)氮碳原子的同時滲入:

    由于碳的滲入,氮碳共滲表層的相要復(fù)雜一些。例如,當(dāng)?shù)繛?w)1.8%、碳含量為(w)0.35%時,在560℃發(fā)生

γ

α+γ′+z[Fe(CN)] 

共析反應(yīng),形成  α+γ′+z  的機(jī)械混合物。需要指出的是,碳主要滲入化合物層,而幾乎不滲入擴(kuò)散層,因為在氮碳共滲溫度下,碳的溶解度極低。

2.1 氣體氮碳共滲

    氣體氮碳共滲介質(zhì)分為三大類,下面分別介紹:

2.1.1 混合氣體氮碳共滲

    1)氨氣+吸熱式氣氛(RX)

    吸熱式氣氛由乙醇、丙酮等有溶劑裂解,或由烴類氣體制備而成,吸熱式氣氛的成分(體積分?jǐn)?shù))H232~40%、CO 20~24%、CO2≤1%,氣氛的碳勢用露點儀測定。NH3:RX≈1:1時,氣氛的露點控制到±0℃即可,可獲得較理想的氮碳共滲滲層和共滲速度。

    2)氨氣+放熱式氣氛(NX)

    混合氣氛中NH3:NX≈5~6:4~5 。放熱式氣氛成分(體積分?jǐn)?shù))一般為CO2≤10%,CO≤5%,H2≤1%,其余為N2。

    由于放熱式氣氛中 CO 的含量較低,它與氨氣混合進(jìn)行氮碳共滲時,比采用吸熱式氣氛排出的廢氣中有毒物質(zhì) HCN 含量低得多,而且制備成本也較低,有利于推廣。此外,氨氣還可以直接與甲烷、丙烷等混合進(jìn)行氮碳共滲。

    多數(shù)鋼種的最佳共滲溫度為560~580℃,為了不降低基體強(qiáng)度,共滲溫度應(yīng)低于調(diào)質(zhì)回火溫度。保溫時間及爐內(nèi)氣氛對共滲效果的影響分別見表 13 和表 14 。

▼表13 保溫時間對氮碳共滲層深度與表面硬度的影響

▼表14 吸熱式氣氛(RX)露點對氮碳共滲層深度與表面硬度的影響

    有必要特別指出的是,需要隨爐冷卻出爐的,在溫度降到550℃之前,一定要使用氮氣或氨氣排凈爐內(nèi)的可燃?xì)夥?防止?fàn)t子開啟瞬間發(fā)生爆炸。

2.1.2 尿素?zé)峤獾脊矟B

    尿素在500℃以上分解反應(yīng)為:

其中,活性氮、碳原子作為氮碳共滲的滲劑。

    尿素可通過三種方式送入爐內(nèi):

    ①機(jī)械送料器(如螺桿式)將尿素顆粒送入爐內(nèi)。

    ②將尿素在裂解爐中分解后再送入爐內(nèi)。

    ③用有機(jī)溶劑(如甲醇)按一定比例溶解后滴入爐內(nèi)。
    除了共滲溫度、保溫時間、冷卻方式等因素外,尿素的加入量對共滲效果也會產(chǎn)生很大的影響,根據(jù)滲氮罐大小及不同的裝爐量,尿素的加入量可在500~1000g/h范圍內(nèi)變化。表10 是球墨鑄鐵曲軸(Q500-7)在RJJ-105-9T井式氣體滲碳爐中進(jìn)行氮碳共滲處理的實例。檢驗結(jié)果:共滲層0.05~0.08mm,表面硬度490~680HV。

▲圖10 球墨鑄鐵曲軸氣體氮碳共滲工藝

2.1.3 滴注式氣體氮碳共滲

    滴注劑為甲酰胺、乙酰胺、三乙醇胺、乙醇等以不同比例配制。

表16 是采用甲酰胺(w)70%+尿素30%作為滲劑進(jìn)行氣體氮碳共滲的結(jié)果(保溫時間2~3h)。

▼表15 70%甲酰胺+30%尿素氮碳共滲效果

2.2 鹽浴氮碳共滲

2.2.1 鹽浴成分及主要特點

    鹽浴氮碳共滲是最早的氮碳共滲方法,按鹽浴中氰根

含量可將氮碳共滲鹽浴分為低氰、中氰、高氰型。由于環(huán)保的原因,中、高氰鹽浴已經(jīng)淘汰。現(xiàn)市面上有無氰鹽銷售,其配方如表16所示 。

▼表16 無氰氮碳共滲鹽配方及其特征

    鹽浴氮碳共滲的關(guān)鍵成分是堿金屬氰酸鹽MCNO(M代表K、Na、Li等金屬元素),常用氰酸根(

)的含量來度量鹽浴活性。

分解產(chǎn)生活性氮、碳原子滲入工件表面,但同時也產(chǎn)生有毒的

,為此,加入氧化劑可使

氧化轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

。

    目前應(yīng)用較廣的是尿素-有機(jī)物型鹽浴氮碳共滲,

濃度由被滲工件層材質(zhì)和技術(shù)要求而定,一般控制在32%~38%,

含量低于預(yù)定值下限時,添加再生鹽即可恢復(fù)鹽浴活性。

2.2.2 鹽浴氮碳共滲工藝

    為避免氰酸根

濃度下降過快,共滲溫度通常≤590℃;溫度低于520℃時,則處理效果會受到鹽浴流動性的影響。共滲溫度及保溫時間對共滲層深度的影響見表17 。對表面硬度的影響見圖11 。

▲圖11 不同材料試樣與580℃處理后表面特點與保溫時間的關(guān)系

▼表18  幾種材料的鹽浴氮碳共滲層深度與表面硬度

2.3 QPQ處理

    鹽浴氮碳共滲或硫氮共滲后進(jìn)行氧化、拋光再氧化復(fù)合處理稱之為QPQ(Quench-Polsh-Quench)處理。 這項技術(shù)近年來得到廣泛應(yīng)用,其處理工序為預(yù)熱 → 520~580℃氮碳共滲或硫氮共滲 → 在300~400℃氧化浴中氧化10~30mm → 機(jī)械拋光 → 在氧化浴中再次氧化。氧化的目的是消除工件表面殘留的微量 

 及 

 ,產(chǎn)生的廢水可以直接排放,工件表面生成致密的Fe3O4膜。 

    實際工件表面總是凹凸不平的,凸起部位的氧化膜呈拉應(yīng)力狀態(tài),易剝落,通過拋光處理,可降低表面粗糙度值,除去呈拉應(yīng)力的氧化膜,經(jīng)過二次氧化生成的氧化膜產(chǎn)生拉伸應(yīng)力的可能性較小,因此二次氧化處理極為關(guān)鍵。QPQ處理的工件表面粗糙度值大大降低,顯著地提高了工件的耐蝕性,并保持了鹽浴氮碳共滲或硫氮共滲的耐磨性、抗疲勞性及抗咬合性。可獲得賞心悅目的白亮色、藍(lán)黑色及黑亮色。圖12 表示出了QPQ工藝曲線,表19 表示出了常用材料QPQ處理工藝規(guī)范及滲層深度和硬度。

▲圖12 QPQ處理工藝曲線

▼表19 常用材料QPQ材料規(guī)范及滲層深度和硬度

2.4 奧氏體氮碳共滲

    奧氏體氮碳共滲常用溫度為600~700℃。氮碳滲入后,滲層奧氏體化溫度下降幅很大,在600~700℃的溫度下,就會發(fā)生相變形成奧氏體。

2.4.1 奧氏體氮碳共滲的組織結(jié)構(gòu)

    共滲層最外層為 ε 相為主的化合物層;次表層的奧氏體,淬冷后形成馬氏體和殘留奧氏體;第三層是過渡層,包括α+γ′層和與基體交接的擴(kuò)散層組成。共滲層淬火、回火后,化合物層內(nèi)則出現(xiàn)硬度高達(dá)1200HV的灰色帶,過渡層的α-Fe中析出γ′相,回火溫度越高,γ′針越粗大。      

2.4.2 奧氏體氮碳共滲工藝

    表20 為推薦的工藝參數(shù)。

▼表20  奧氏體氮碳共滲工藝參數(shù)推薦值