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真空渗氮热处理应用及技术进展

2008-02-13   中国金属加工在线(mw1950.com)

    真空渗氮技术是利用真空加热时工件表面清洁、无氧化等特点,采用真空热处理在负压下进行渗氮,渗氮后工件表面硬度高,脆性小,渗氮层均匀,能满足尖锐刃口刀具与冷冲模的技术要求。真空渗氮由于多采用负压下脉冲式渗氮,工件上的不通孔及压紧的平面均能正常渗氮,炉室中各部位工件渗氮层比较均匀。该技术已应用于生产,经济效益显著。

    一、4Cr5MoSiV1 钢热挤压模真空渗氮生产

    试验及应用

    真空渗氮是在低压状态下产生活性氮原子渗入并向钢中扩散而实现硬化的“真空排气式氮碳共渗” 处理,一般渗氮温度为530 ~560 ℃,保温时间3 ~5h ,而低温碳氮共渗的渗层厚度只有在开始氮化的前3 ~4h 内增加显著,而后明显减慢。对铝型材热挤模的挤压生产跟踪表明,渗层厚度在0. 12 ~0. 15 mm 范围内比较理想。综合相关资料及热挤模的实际挤压情况,我们对真空渗氮温度和渗氮时间、氨流量和炉内压力等工艺参数进行了优化试验考察,并选取了6 炉具有代表性的工艺参数及试验结果列于表1 。

    1. 渗氮层显微组织

    从表1 及图1 可看出,真空渗氮层组织中均无脉状晶组织存在。这主要是真空热处理具有脱气、净化功能及少、无氧化脱碳的优点,克服了传统气体渗氮工艺中炉内含水量多及脱碳等现象;以及配有氨气净化罐对氨气进行预干燥净化的结果。

    研究发现,通过对氨流量及炉压的调控,可以获得仅有扩散层渗氮层和白亮化合物层+ 扩散层的渗氮层两种渗层组织结构,考察哪一种对提高热挤压模挤压寿命更为有效。

    从试验N1 、N2 、N3 、N6 的比对中可看出,氨流量的变化是控制渗层中是否可获得白亮化合物层及渗层厚度大小的主要工艺参数,适当提高氨流量,可降低氨的分解率,减少工件表面氮气的氢气的吸附,从而增大工件表面对活性氮原子的吸收,使渗层的厚度和硬度得到有效提高;同时通过循环交替的通NH3 和抽真空来调控炉内的氨量,以得到无化合物层、仅有扩散层的渗层组织( 如图1 所示,试验号N2 ) 。随着氨流量达到一定值时,工件表面活性氮原子的浓度梯度不断增大,当超过了其在α- Fe 中的溶解度后,就会在表层开始形成白亮氮化物层( 见表1 及图1 中的N3 ) 。


    从试验N4 、N5 对比上看,N4 前期加大氨流量以增大工件表面的活性氮原子的浓度梯度,强化氮原子不断由表面向内部扩散,从而可增加扩散层的厚度,而后期又减小了氨流量,可避免表面形成白亮氮化物层,从而获得较为理想的渗层厚度及表面显微硬度( 见表1 中的N4);相反,试验N5 中前期采用小的氨流量,影响了扩散层厚度的增加,而后期采用大的氨流量,促进表面形成了白亮氮化物层。

    2. 渗氮层显微硬度分布

    图2 为试验N3 、N4 的真空渗氮层显微硬度分布曲线,两者的硬度分布都较为平缓,这是由于真空渗氮中循环交替抽真空,使工件表面活性化和洁净化,促进了氮原子的扩散渗入,提高了扩散层中的氮浓度,也就是溶解了更多的氮原子使其微观应力显著增高,氮化后采用了油冷处理,使过饱和固溶体发生时效,从而大大提高了扩散层的硬度,使渗层硬度梯度趋于平缓。

    相对而言,N4 的硬度分布比N3 更为平缓,这与N3 的试样表层形成白亮氮化物,造成相邻的次表层合金元素的贫化,使得最外层的白亮层与次表层的硬度梯度特别陡峭,会影响到热挤模在热挤压过程中所承受的热疲劳状态,产生渗层剥离现象,降低挤压寿命。有文献认为,仅有扩散层而无氮化物层( 白亮层) 的氮化层韧性最好。

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关键词:真空渗氮,热处理, | 作者 :

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