气体渗氮工艺守则

一、预先热处理

1、一般结构钢应采用调质，调质回火温度不应过高，通常比渗氮温度高20--40℃，保温时间不宜太长。

2、对冲击性能要求低的零件也可采用正火，但正火冷却速度不应太慢，断面尺寸较大的零件不宜用正火。

3、38CrMoAL钢应采用调质，否则渗层中易出现针状氮化物，工模具钢必须采用淬火回火，不得用退火。

二、除应力处理

除应力处理对减少渗氮变形起着十分重要的作用，对细长、薄壁、复杂和精密的零件渗氮前必须进行一次或多次除应力。除应力温度一般略低于调质回火温度。高于渗氮温度。如处理后变形超差，进行校直后应再次按原工艺去除校直应力，直到变形量合格为止。

三、设备准备工作

1、装炉前应对氮化炉控制仪表、液氨罐、流量计、氨气分解测定仪及各管道系统等作全面检查，以保住设备的正常使用。

2、干燥剂常用氧化钙、氯化钙等，以焙烧过的氧化钙效果较好，如失效应更换或烘干。

3、渗氮介子以含水小于0.2％的液氨为好。

4、根据零件的形状、尺寸、重量和技术要求。准备好吊具，使用前应认真检查是否完好，并清洗干净。

四、零件的准备

1、渗氮零件的表面粗糙度Ra应小于1.6um，表面不得有拉毛、碰伤及生锈等缺陷，不能及时处理的零件必须涂油保护，以免生锈。

2、对易变形的零件，氮化前必须按图样及工艺的要求，测量变形量并作好记录。

3、试片的材料及预先热处理均应于零件相同，表面需磨光，清洗干净后待用。

4、认真清洗零件，吊装入炉时再用清洁汽油擦净以保住零件清洁度，零件上如有不需要渗氮的部位，应做好防护。

5、防渗部位通常采用镀锡法和涂料法等。

镀锡法：在防渗表面镀10--15um锡层，防渗层太薄效果差，厚了容易使锡漫流。

涂料法：将锡粉、铅粉、氧化铬粉以3:1:1比例混匀，用氧化锌溶液调成糊状于零件防渗表面，或用水玻璃（10％--15％）和石墨粉（85％--90％）调成糊状涂刷后。慢慢烘干。

五、零件装炉

将清洗干净的零件装入氮化罐中，对于易变形的细长杆件，必须垂直吊挂，间距要均匀，且不要堵住排气孔以保证炉气畅通。零件不得超出有效加热区的范围。把试样置于炉中有代表性的不同部位，每个部位1--2块。

六、工艺规范

     渗氮工艺按加热方法分为一段氮化、二段氮化、三段氮化及抗蚀氮化。典型工艺曲线如图：

七、渗氮设备及参数测量

     1、设备应配置测量温度、压力和氨分解率的仪表，温度应能自动控制和记录。

     2、炉罐应具有足够的强度，可用不锈钢或低碳钢制造，并在内、外表面涂高温搪瓷。焊缝处不应漏气，炉盖应具有良好的密封性能，可材用铬矿砂、钨矿砂填充密封，也可用铅锡合金（铅35％、锡65％），或其他方法密封。

     3、有的渗氮罐经长期使用会出现氨分解率增高，则需在停炉后进行800--860℃空烧2--4H的脱氮处理。

     4、温度测量和标定：气体渗氮一般用热电偶测量。对于炉膛较深的井式炉，为了保证上、下温度的均匀性，发热元件的布置及炉温的控制应分段进行。以保证炉温均匀性在±10℃以内。

     5、气压测量和标定：气体渗氮一般用U型气压计测量。

     6、氨分解率测量：用氨分解率测量仪测量，测定时必须将测量仪中的空气完全排尽。氨气分解率按下式计算：

氨气分解率=气体中氢气体积+氮气体积/气体总体积x100％

八、操作方法及注意事项

     1、渗氮操作应严格按工艺执行，渗氮温度以罐内温度为准。

     2、将已清洗干净之零件连同试片吊入渗氮罐内，并密封好，同时接通供氨，排气系统及控制系统。

     3、升温前先检查炉子是否漏气，然后通氨进行排气。为了缩短氮化周期，可采用大流量，也可采用边排气边升温，但应在200℃以内排完，以免零件氧化。

4、用氨气分解测量仪测量炉内气氛，当氨气含量大于95％时，即可减少氨流量，保持炉内正压。为减少变形，可采用阶梯升温方法。

5、当炉温达到工艺规定之渗氮温度时，调节氨流量使分解率达到18--35％，并开始计算保温时间。

6、当氨气分解率达到18％左右时，即可点燃废气以保护环境。

7、每隔15--30min记录一次炉温、应力和氨分解数值，以便掌握氮化工艺情况，供分析质量时参考。

8、为降低渗层脆性，应进行退氮处理，此时应关闭出气口，只通少量氨气以保持炉内正压。

9、退氮完毕后，断电降压，并继续通少量氨气，维持炉内正压。降温时，按零件技术要求可采用吊罐快冷或缓冷，待炉温降至200℃以下出炉。

10、零件出炉后，应避免碰撞，对细长精密零件应吊挂冷却。

11、对变形超差的零件，需经局部或整体加热后方可校直，校直的加热温度应低于渗氮温度。

12、在氮化过程中不允许停电，如停电或控制失灵而需停炉时，需继续向炉内通氮气，并保持流量，以防止零件氧化。停电时间不算在保温时间内。

九、常见缺陷及解决方法

   1、渗层太浅。

      生产原因：温度过低，保温时间短，扩散温度低；分解率不稳定，氮化罐是新的或使用过久。

      解决方法：及时校正温度计；延长渗氮时间，适当提高扩散温度，严格控制分解率；新氮化罐要空载渗氮一二次可使用，旧罐要采取退氮处理涂搪瓷

2、硬度过低。

  产生原因：第一段温度太高；氨分解过高或氨气中段；零件未经调质处理；零件不清洁；氮化罐是新的或使用过久。

  解决办法：降低第一段温度；调整分解率使之稳定；渗氮前进行调质处理，获得均匀的索氏体组织，严格涂油、除锈；炉罐处理措施同前。

3、硬度不均匀及出现软点。

       产生原因：表面油污清除不彻底，材料组织不均，装炉量大，吊挂不当；炉温、炉气不均匀。

       解决办法：认真清洗零件表面，定期清理管道，提高预先处理质量。使显微组织均匀；合理装炉，合理吊挂；采取措施使炉温、炉气均匀。

     4、表面出现氧化色。

        产生原因：氮化罐漏气或出现负压；出炉温度过高；干燥剂失效；管道中存在积水。

        解决办法：改善炉罐密封性，保证正压，产品在200℃以下出炉；定期烘烤干燥剂；认真检查管道。

      5、表面出现亮点及花斑。

       产生原因：零件表面不清洁有油污，锈斑清除不彻底；装炉量过多，零件吊挂不合理，使气流不畅通。

       解决办法：认真清理零件，并避免防渗部位的镀锡层、水玻璃等玷污渗氮面，合理装炉，保证气氛均匀。

     6、渗层表面脆性大。

        产生原因：炉气水分高，氨分解率太低；零件表面脱碳、太粗糙或磨削烧伤。

       解决办法：降低含水量至0.2％以下，采用退氮处理，严格控制冷热工艺。

      7、产生脉状、网状、针状氮化物

        产生原因：渗氮温度过高，氨气中含水量过多，零件的原始晶粒太粗，表面脱碳。

       解决办法：适当调整炉温，使用合格液氨，晶粒度控制5--8级，不准有脱碳层。

     8、起泡剥落或尖角剥落。

       产生原因：原材料的带状组织及非金属夹杂物严重，尖角处氮浓度太高。

       解决办法：改善组织及夹杂物分布，尽量采用园角或倒角。