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什么是真空渗氮

作者: 编辑: 来源: 发布日期: 2020.07.28
信息摘要:
渗氮处理(nitriding/nitridation)是指在低于钢的临界点Aa、基体不发生相变的前提下,将活性氮原子渗入钢表层,形成氮化物硬…

    渗氮处理(nitriding/nitridation)是指在低于钢的临界点Aa、基体不发生相变的前提下,将活性氮原子渗入钢表层,形成氮化物硬化层的化学热处理工艺。

这些氮化物具有很高的硬度、热稳定性和很高的弥散度,因而可使渗氮后的钢件得到高的表面硬度、耐磨性、疲劳强度、抗咬合性、抗大气和过热蒸汽腐蚀能力、抗回火软化能力,并降低缺口敏感性。例如典型渗氮钢38CrMoAl的表面硬度可达1100~1200HV(相当于洛氏硬度68~72HRC), 模具寿命提高1~2倍,甚至更高,光滑试样的抗疲劳强度提高20%~40%,缺口试样的抗疲劳强度提高0.5~1.2倍,高硬度可在500℃长期保持或在600℃短期保持。

广义上来讲,所有钢铁材料都能渗氮,但由于铁的氮化物(如FeN和FegN)较脆且不稳定,温度稍高,就容易聚集粗化,不能充分发挥渗氮后的良好性能。只有含有Cr、Mo、V、Ti、Al等元素的低碳、中碳合金结构钢、工具钢、模具钢等才适合渗氮处理并能获得满意效果。这是因为 渗氮零件往往是在摩擦和变载荷等复杂工况条件下工作,不论表面和心部的性能都要求很高。Cr、Mo、V、Ti、Al等元素既能与氮形成稳定氮化物,降低钢氮化层的脆性,获得强韧的表面硬化层,又能改善钢的心部组织,提高钢的整体强度和韧性,使这些钢材充分发挥渗氮处理所得到的优异性能。

钢的渗氮研究始于20世纪初,20世纪20年代以后获得工业应用。最初工艺方法是固体渗氮、液体渗氮及气体渗氮,由于固体渗氮、液体渗氮(不包括碳氮共渗)的介质毒性较强,对人员和环境危害较大,目前几乎不再使用。从20世纪70年代开始,渗氮从理论到工艺都得到迅速发展并日趋完善,新工艺、新设备不断涌现。等离子渗氮、真空渗氮及各种催 化渗氮、复合渗氮开始应用于工业生产,适用的材料和工件截面日益扩大,由最初仅限于含Al、Cr等元素的渗氮钢,扩大到其他钢种,如以提高在大气、自来水、热水蒸气及碱性溶液中的抗腐蚀性能的碳钢,可用等离子轰击去除氧化膜的不锈钢和耐热钢。渗氮处理成为重要的化学热处理工艺之一。

真空渗氮是在低真空(几千帕到几十千帕)、低温(520~550℃,耐腐蚀处理可到650℃)条件下,以脉冲方式将活性气体N原子渗入金属表面,从而得到较高的表面硬度或耐腐蚀性的化学过程,是真空热处理与气体渗氮(渗氮气为NH)结合的工艺手段。真空渗氮除了承袭真空热处理的共同优点外,与气体渗氮相比,工艺时间更短,渗氮层与基体结 合更牢固。



真空渗氮


部分常用渗氮钢的钢号、渗氮后性能和用途

类别

钢号

渗氮后性能

用途

低碳钢

08、10、15、20、A3、08A1、30

抗大气与水等的腐蚀

螺栓、螺母、铁路道钉

中碳钢

40、45、40Mrt、45Mn

耐磨、抗疲劳

轴和中、轻载齿轮

中碳合金钢

38CrMoAIA、38Cr2MoAlA、

35CrMo、35NiMo、42CrMo、

40CrNiMo、30Cr3WA、50CrVA、

38CrWVAIA

耐磨、抗疲劳性优良,可

承受重载荷

坦克、飞机、机床的主轴、镜

杆、重载齿轮、丝杠、缸套

模具钢

Cr12MoV、Cr12Mo、4Cr5MoVISi、

3Cr2W8V、5CrNiMo、5CrMnMo

耐磨、抗热疲劳与冲击疲

劳、型腔温度≤600℃保持

高硬度

冲模、拉伸模、压铸模、挤压

高速钢

W6Mo5Cr4V2

耐磨及红硬性优良

高速钢刀具

不锈钢等高合金钢

1Cr13、2Cr13、1Cr18Ni9Ti、

1Cr18Ni9、45Cr14Ni14W2Mo、

1Cr17Ni13Mo2Nb、25Cr18Ni8W2、

3Cr19Ni9MoWNbTi

耐磨性、红硬性及高温强

度优良,≤600℃长期工作,

多种介质中耐腐蚀

走丝槽、泵轴、叶轮、阀杆

蚀介质中的齿轮




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