滲氮常稱為氮化,就是將工件放在含氮介質中,加熱到較低溫度(480~600℃),使氮滲入其表面,形成以氮化物為主的滲層。有些鋼種的氮化層硬度高達1000~1200HV,滲后不必進行提高硬度的淬火處理。氮化層的高硬度是因高硬度氮化物彌散分布在基體中所造成的,隨滲氮溫度溫度升高,氮化物片厚度增加,與母相的共格關系開始破壞,硬度降低。氮化層的耐磨性遠高于滲碳層,滲氮工件的變形小,處理后不再進行加工就可以使用,高精度的工件也只需要精磨、研磨或拋光。在滲氮層中形成大的殘余壓應力,有利于提高零件的疲勞強度。滲氮溫度一般稍代于淬火鋼的回火溫度范圍。調質狀態的結構鋼滲氮時,工件心部保持了狀態的回火索氏體組織,在得到高硬度表面的同時具有良好的綜合力學性能。
氮化層具一定熱硬性,在500℃以下能長時期保持高硬度。在600℃短時間加熱,硬度也不降低,而當溫度超過600~625℃時,由于高彌散分布的氮化物的聚集,而使氮化層硬度下降。為了工件心部具有必要的力學性能,滲氮前一般要進行調質處理,獲得回火索氏體組織。滲氮往往是最后一道工序,因而氮化前要求加工到足夠的精度,為了消除加工應力和減少滲氮過程的變形,一般在機械加工后要進行1、2次除應力回火。
根據滲氮的目的,可分強化滲氮(硬滲氮)和抗蝕滲氮,對要求表面硬度高、耐磨性好、熱處理變形小的高精度工件,多采用強化滲氮,如精密機床的主軸、鏜床的鏜桿、發動機缸套、液壓泵的分配軸等。為了提高碳鋼、合金鋼、塑料模具鋼及電工鋼工件的抗蝕能力,則對其進行抗蝕滲氮。抗蝕滲氮適用于對抗蝕性要求不太高的小零件,如儀表、打字機、縫紉機的零件?刮g滲氮是在工件表面獲得0.015~0.06mm厚的致密的、化學穩定性好的ε相滲氮層。對潮濕空氣、過熱空氣、海水、氣體燃燒產生的氣體具有一定耐蝕能力。抗蝕滲氮溫度比強化滲氮的溫度高(550~650℃),滲氮后可以快冷。
滲氮用鋼中常加入鉻、鉬、鎢、釩、鈦、鋁等形成穩定氮化物的元素。這些元素與氮形成高硬度、彌散分布的AlN、MoN、Mo2N、WN、W2N、CrN、Cr3N等氮化物,能提高滲氮層的硬度和強度,其中鋁、鐵、釩的氮化物尤為顯著。鋼中加入鉬和鋁,可改善擴散層的性能。38CrMoAl是最典型的滲氮鋼種,38CrMoAl鋼于560℃滲氮后,在氮化層中形成與母相有一定取向關系的片狀氮化物,片厚約為5~6mm,硬度可達1000~1200HV。為克服該鋼脆性大的缺點研制為30CrAl(ω(Al)0.5%Al)、25CrMoAl(ω(Al)0.5%Al)等鋼。含鈦鋼在600℃滲氮3~6h后。滲氮層硬度為850~1000HV,深度為0.3~0.45mm,含鈦氮化鋼滲氮溫度可提高到650℃,滲氮時間可縮短到6~10h,硬度為1000HV,層深為0.50mm左右。
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