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      氮化異常組織產生,怎么搞?

      時間:2019-11-22? 來源:青島豐東熱處理 ?作者:青島豐東熱處理 點擊:
              氮化就是將鋼鐵零件置于活性氮介質中,在一定溫度和保溫時間下,使其表面滲入氮元素的工藝過程。滲氮表面具有高硬度、高耐磨性及高的殘余壓應力,并且零件變形小,同時具有良好的抗蝕能力。適合于要求變形小、尺寸穩定性高、耐磨性好的零件,如精密機床上的齒輪、主軸等。本文論述的襯套就屬于這種零件。
              襯套(見圖1)是分配機構中的關鍵部件,其加工的精度直接影響液壓機構的運行狀況,從而影響操縱的穩定性。
      襯套
      圖1  襯套結構
       
      1.問題的提出
              襯套的熱處理要求:進行氮化處理,氮化層0.3~0.6mm,硬度≥600HV。襯套經氮化處理后,在部件的裝配過程中,發現個別零件出現了掉塊現象。經過檢查,掉塊均在尖角和邊角處出現。為了探究掉塊的原因,隨機在零件的掉角處進行了線切割加工,取樣進行金相組織檢驗。零件試樣在進行金相檢驗時,發現氮化組織中出現了網狀氮化物(見圖2)。按照GB/T11354——2005《鋼鐵零件滲氮層深度測定和金相組織檢驗》中的規定,評定氮化物網狀組織達到了5級,屬于嚴重不合格組織。
      襯套氮化處理金相
      圖  2
       2.原因分析
              由于氮化生產我們是首次進行,這方面的經驗不是很多,通過咨詢和查閱資料,分析產生此種異常組織的原因主要是:在滲氮生產過程中,爐內的氮勢過高,造成零件的表面氮原子聚集,先滲入的氮原子沒能及時向零件內部擴散,隨著零件表面滲入的氮原子不斷增加,在零件的表面聚集越來越多,最終逐漸形成了網狀組織。這種情況往往會出現在零件的尖角和銳邊,零件的實際情況也是如此。推斷氮化過程中出現氮濃度過高的原因大致有以下幾種原因:
      (1)滲氮過程中,爐內的氨分解率出現了波動,沒能及時調整,或設備狀況出現異常,都有可能影響爐內的滲氮氣氛,從而導致零件表面出現非正常的組織。
      (2)滲氮開始時,爐內在建立起必要的濃度梯度后,氮原子通過表層向內部進行擴散。而當爐內的氨分解率出現波動時,在隨后的擴散過程沒能及時進行調整,爐內的氮勢高,勢必造成了在零件表面聚集大量的氮原子,并逐漸形成了網狀組織。
      (3)由于零件表面的氮勢過高,在冷卻過程中也易出現脆性相,使滲層脆性增加。
      (4)零件邊角若毛刺、銳邊過大,氮化過程中也會增加了氮原子聚集的傾向,從而出現網狀組織。
      (5)液氨的含水量過高,影響氮化過程中爐內的氮化氣氛,即爐內的雜質多,也會影響氮化的質量。
      3.氮化工藝的改進及效果
              根據以上的原因分析,在隨后的氮化工藝運行中,將工藝進行了適當變動,主要有以下幾點:
      (1)氨分解率是滲氮工藝過程中一個重要參數,它的高低直接影響工件表面的吸氮速度。氨分解率對滲層硬度及層深的影響,主要表現在滲氮開始的幾小時或十幾小時內。因此,滲氮初期選用較低的氨分解率(即足夠高的爐氣氮勢),將強滲階段的氨分解率調整為33%,以便在較短時間內建立起必要的濃度梯度;擴散階段的氨分解率調整為55%,這樣做的目的就是降低氮化爐內的氮勢,減少零件的氮化組織出現氮化物級別增高的可能性,并適當地降低零件的氮化硬度。
      (2)為了預防ε相脆性過大而不合格,將氨分解率調整為80%以上,進行退氮處理和擴散處理,目的是降低氮化爐內的氮勢,控制零件表面的氮濃度,從而保證零件的氮化組織不出現嚴重的網狀組織。
      (3)為了避免零件在氮化過程中邊角處出現氮化物聚集的現象,將零件進行鍍錫處理,并嚴格控制零件的鍍錫層厚度,保證鍍錫層的厚度在0.004~0.008mm。若鍍錫層鍍薄,則不會起到防滲作用;鍍層過厚,在氮化時,鍍錫層就會出現流淌現象,影響氮化面的氮化質量。經過試驗,鍍錫層的厚度控制在0.004~0.008mm,防滲效果是最好的。
      (4)選用GB536—1988《液體無水氨》中規定的濃度為99.9%的液氨,避免氨氣在進入爐內產生水汽,從而影響爐內的氮化效果。
      (5)將輸氣方式由原來的單瓶連接變為匯流排連接,這樣就能有效地避免換液氨瓶時出現雜氣渾入爐內的現象,從而保證了氨氣供應的連續性。
      (6)根據氮化過程的各階段的實際情況,適時地調整設備的排氣開關,控制氨氣的流量,調節爐氣壓力,以保證爐內的氮勢控制在合理的范圍內。
      (7)根據零件的裝爐數量,適時延長氮化的保溫時間,從而更好地保證氮化層深度。
              通過采取以上幾種有效的技術措施,并在實際生產中,控制氨分解率的大小,逐漸摸索出了解決氮化問題的辦法,零件的氮化效果得到了很大的提高。經過金相檢驗,氮化組織中沒有發現網狀氮化物,完全符合GB/T11354—2005《鋼鐵零件滲氮層深度測定和金相組織檢驗》中規定的要求,能夠達到二級,脆性檢查1級,零件的氮化硬度控制在780~840HV,完全符合圖樣中的技術要求(見圖3)。
      零件的氮化金相
      圖  3
              氮化后的零件在隨后的磨削工序和裝配過程中,均沒有發現掉塊、裂紋等缺陷。經過試生產解決了氮化過程中出現的氮化組織不合格、防氮化物聚集的鍍錫層流淌等問題,從而保證了生產的正常進行。
      4.結語
              零件在進行氮化處理時,由于氮化介質氨氣質量不穩定,氮化爐內的氨分解率的不穩定,直接影響氮勢的穩定性。如果不及時調整氨氣的流量,氨分解率不能及時得到控制,零件的氮化組織就會出現不合格現象,導致零件出現廢品。因此在氮化過程中,要實時監控,嚴格控制溫度、氨分解率等工藝參數,保證氮化工藝的正常運行。

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