氮化處理是指一種在一定溫度下一定介質(zhì)中使氮原子滲入工件表層的化學(xué)熱處理工藝。氮化處理方式主要是使用氮化爐,將工件放入料框,再使用行車吊起工件放在爐底加熱。另外可以制作爐口加強(qiáng)承重設(shè)計(jì)的氮化爐,通過吊裝、掛裝工具垂直掛裝工件加熱。氮化爐的爐蓋一般由電機(jī)減速機(jī)帶動,電動自動升降。爐蓋關(guān)閉后,另有壓緊螺栓保證氮化爐真空密封性。先抽真空,后通入氮?dú)膺M(jìn)行氮化熱處理。
鑄造不銹鋼是用于燃?xì)鈾C(jī)組中阻尼器的材料,是根據(jù)國外材料10X14H5M2Л的化學(xué)成分進(jìn)行國產(chǎn)化的一種材料。阻尼器要求表面氮化處理,ZG10Cr14Ni5Mo2鋼的氮化,目前在國內(nèi)是首次生產(chǎn)。為了掌握此鋼的氮化特性,進(jìn)行了不同溫度、不同時(shí)間的多爐次工藝試驗(yàn)和理化檢驗(yàn),獲取了大量數(shù)據(jù),制定了最佳氮化工藝參數(shù)。
ZG10Cr14Ni5Mo2鋼含鉻量較高,當(dāng)此鋼和空氣接觸時(shí),會在鋼的表面形成一層致密的、保護(hù)性的氧化物薄膜(鈍化膜),這層薄膜阻礙氮原子的滲入。因此,去除鈍化膜是此鋼氮化的關(guān)鍵之一。目前,國內(nèi)外對氮化時(shí)去除不銹鋼表面產(chǎn)生的鈍化膜方法已經(jīng)做了大量研究工作,其中,藥丸法操作簡單、對操作者的人身損害小、成本低廉、氮化質(zhì)量和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,是國際上比較適用的最新方法。
試驗(yàn)材料:ZG10Cr14Ni5Mo2鋼;氮化技術(shù)要求:氮化層深度0.30~0.50mm,表面硬度≥700HV。試驗(yàn)材料為鑄造成型,其母合金的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為:C(0.12-0.16%);Si≤0.75%;Mn≤0.9%;Cr(13.0-15.0%);Ni(4.5-5.5%);Mo(2.3-2.8%);S≤0.025%;P≤0.025%,試樣尺寸為10mm×10mm×50mm。
氮化前試樣毛坯進(jìn)行性能熱處理:第一次退火780℃+/-10℃,保溫6~6.5h空冷;第二次退火650℃+/-10℃,保溫4~4.5h空冷;正火1120℃+/-10℃,保溫3~3.5h空冷;在-70℃下冷處理2h空冷;回火620℃+/-20℃,保溫2h后空冷。
選用功率為75kW的氣體氮化爐,分別對試樣進(jìn)行560、580、600℃催滲氮化。氮化時(shí)間分別為:30h、36h、42h、48h、52h、58h、64h。以氨氣作為氮化劑,氨分解率為40~60%,并加入氯化銨作為催滲劑;采用金相法測定氮化層深度。金相法是利用氮化層組織與心部組織抗腐蝕性能不同的特點(diǎn)來測定氮化層深度。氮化試樣用5%的CuSO4溶液侵蝕;用電子顯微鏡測量氮化層深度,用維氏硬度計(jì)測量氮化層表面硬度。
氮化時(shí),氯化銨的用量對氮化層表面硬度和深度影響較大。用量過多,工件表面產(chǎn)生麻點(diǎn),腐蝕氮化罐,阻塞管路;用量過少,除鈍化膜效果不好外,氮化層會減薄且不均勻。
通過實(shí)驗(yàn),總結(jié)出以下結(jié)果:
(1)ZG10Cr14Ni5Mo2鋼的氮化工藝參數(shù)為:氮化溫度600℃+/-5℃,保溫時(shí)間48~60h;氨氣的分解率為40~60%。氨分解率通過氨氣流量來調(diào)節(jié)。
(2)ZG10Cr14Ni5Mo2鋼的氣體氮化,其氮化層深度和保溫時(shí)間符合擴(kuò)散型控制的拋物線法則。
(3)ZG10Cr14Ni5Mo2鋼的氮化層與基體的界限分明,有明顯的過渡層。
氮化處理還可分為軟氮化,就是我們常說的氮碳共滲,這并不是單一的滲碳或者氮化,而是滲N為主,并兼有滲C的一個(gè)表面處理工藝。軟氮化的溫度比滲碳低,但比氮化高,一般在570度左右。而且不同于滲碳后需要重新加熱淬火,而是保溫后直接淬火,節(jié)省了一道加熱工序。軟氮化處理硬化層深度相當(dāng)于滲碳,卻高于氮化。此方法具有二者的優(yōu)點(diǎn),比單一處理要好。
氮化爐使用氮化爐在各種鋼制機(jī)械零件、汽車曲釉、齒輪、摩托車剎車片、模具等進(jìn)行氣體氮化熱處理之用。在有色行業(yè),可應(yīng)用于銅管、銅板、銅線、銅棒等銅材在保護(hù)氣氛下的光亮無氧化退火。或用于薄壁無縫鋼管、長軸、各種金屬機(jī)件的真空氮?dú)獗Ｗo(hù)狀態(tài)下無氧化回火熱處理工藝。