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井式爐氣體滲氮工藝操作

2020-04-30 16:23:58

井式爐氣體滲氮工藝操作
預備處理確定原則:
1. 一般結構鋼件用調質處理,高溫回火溫度應比滲氮溫度高20~40ºC,保溫時間不宜過長
2. 對衝擊韌度值要求低的零件,可采用正火,但正火冷卻速度要快,斷麵尺寸較大的零件不得用正火
3. 38CrMoAl鋼應采用調質,否則滲層中易出現針狀氮化物,工、模具鋼滲氮前,須經淬火、回火處理,不得用退火
4. 對細長、薄壁、複雜和精密的零件,滲氮前須進行一次或多次去應力處理,去應力溫度一般低於調質回火溫度,高於滲氮溫度,如處理後變形超差,進行矯正後再次按原工藝去應力一次,直至變形量完全合格為止

井式爐

準備工作:
1. 設備準備
1) 滲氮前對控溫儀表、液氨瓶、流量計、氨分解測定儀、各種管路係統做全麵檢查,保證設備的正常運行和使用,爐內溫差應小於10ºC
2) 幹燥劑常用氧化鈣、氯化鈣等,常用焙燒過的氧化鈣,如失效應更換或烘幹
3) 滲氮介質用水的體積分數小於0.2%的液氨為好
4) 根據零件的形狀、尺寸、質量和技術要求,準備好吊具,使用前應認真檢查是否完好可靠,並清洗幹淨
2. 零件的準備
1) 滲氮零件的表麵粗糙度Ra1.6μm以下,表麵不得有拉毛,碰傷及生鏽等缺陷,不能及時處理的零件須塗油保護,以免生鏽
2) 易畸變的零件,應預測畸變量,並做好記錄
3) 試樣的材質及預先熱處理均與零件相同,試樣尺寸為ф(20~30)mm×(6~10)mm,試樣3~5件,並編號放在有代表性的不同位置
4) 認真清洗零件,吊裝入爐時,再用清潔汽油擦淨,以保證零件的清潔度
5) 將清洗幹淨的零件裝入滲氮爐中,對於易變形的細長杆件必須垂直吊掛,間距要均勻,不要堵排氣孔,零件不得超出有效加熱區的範圍
工藝規範的確定:
1. 滲氮溫度
1) 常用500~530ºC,能保證氮化物有較大的彌散度,硬高
2) 隨滲氮溫度升高,滲層深度增加,而硬度顯著降低,大於550ºC滲氮,多數鋼種的硬度低於1000HV
3) 用兩階段或三階段滲氮時,第二階段的溫度常低於560ºC
2. 滲氮時間
1) 滲氮層隨滲氮時間延長而增厚。初期增長率大,以後漸趨緩慢,遵循拋物線規律,一般滲速在0.01mm/h左右
2) 隨保溫時間延長,氮化物聚集長大,硬度下降。溫度越高,時間越長,長大越厲害
3. 氨分解率
1) 氨分解率控製在25%~40%較好,活性氮原子Z多,零件表麵大量吸收氮
2) 氨分解率超過60%,氣氛中氫的體積分數達52%,產生脫氮作用,大量氮分子和氫分子停滯於零件表麵,使氮原子不被吸收,滲層減薄
3) 一階段或二階段滲氮,強滲氨分解率分18%~30%,擴散時氨分解率為40%~60%較理想
滲氮操作:
1. 升溫:升溫前應通氨排氣,氨氣流量是正常使用流量的2倍以上,對變形要求嚴格的,采用階梯升溫,在200~250ºC、400~450ºC各保溫1~2h,也可以使升溫速度小於50ºC/h,在接近保溫時間時,應加大氨量,使分解率控製在工藝要求下限
2. 排氣:一般邊升溫邊排氣,在150~200ºC內排空,在排氣過程中可以用pH試紙(試紙用水浸濕,遇氨氣變藍色)或玻璃棒(玻璃棒沾鹽遇氨氣有白煙排出)方法檢查爐罐及管道密封情況
排氣階段,不斷通入氨氣,使爐氣壓力達到200~400Pa,由於氨氣易溶於水,所以測定氨分解率的U形管中通常裝入油。在滲氮罐中,空氣不清作,不能點燃排氣管,在升溫階段氨分解率可達70%,爐氣中氨的體積分數大於95%時,可減少氨流量,並保持爐內正壓
3. 保溫:當溫度達到工藝規定溫度後,調節氨流量,使氨分解率控製在18%~35%,並開始計算保溫時間,這時爐壓在200~600Pa,在滲氮過程中,采用調節氨流量的方法來控製氨分解率,一般每隔15~30min測一次氨分解率,在保溫過程中,爐溫上下偏差應小於5ºC,在接近保溫結束時,應從取樣孔中取出試樣,進行必要的分析
4. 脫氮冷卻:在滲氮整個階段結束後,關閉排氣閥門,減少氨流量,保溫2h,使氨分解率大於70%,使零件表麵氮濃度降低,減少表麵脆性。此後停電降溫,繼續向爐內通入少量氨氣,使爐子保持正壓,爐溫降至150ºC以下可停止供氨出爐,零件出爐應避免碰撞


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