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柱塞渗氮工艺的确定
作者:外围手机版下载链接 来源:在线竞彩手机版下载链接 时间: 2022-08-11 03:37:41浏览次数:697

  柱塞是某机构中的关键部件,产品在加工过程中,热处理工艺方案的选择直接影响产品的热处理质量,而热处理质量的好坏,也影响了机构运行状况的稳定性,最终会影响运行系统的使用寿命。

  该零件要求进行渗氮处理,硬度≥700HV,渗氮层深度0.3~0.6mm。在生产过程中,渗氮层深度设定在0.4~0.6mm。那么,如何制定工艺参数才能保证达到图样要求,尤为重要。

  根据零件材料,渗氮工艺初步确定选用二段气体渗氮法:即零件随炉缓慢升温,在200℃保温2h,然后升温至525℃,保温18~25h,缓慢升温至540℃,保温22~30h,再随炉缓慢升温至560℃,保温3~4h进行退氮处理,最后随炉冷却至<200℃出炉空冷。炉温降至200℃时,关闭氨气的进气阀门, 打开氮气的进气阀门。根据零件的技术要求及生产实际,采用的设备为RN-75-6气体渗氮炉。

  加热温度分别设定为525℃、540℃、560℃,理由是确定渗氮温度时,应综合考虑温度对渗氮层表面硬度、渗层深度及变形量的影响,同时还要考虑不影响零件心部的力学性能,渗 氮温度必须低于调质回火温度。若渗氮温度过低,渗氮速度慢,为了达到一定的渗氮深度则需延长保温时间,同时导致零件表面不能吸收足够的活性氮原子,硬度不高,故渗氮温度选择在500~560℃。

  保温时间分别选择18~25h、22~30h、3~4h,理由是渗氮温度一定时,渗氮保温时间的确定主要取决于所要求的渗氮层深度。随着渗氮时间的延长,渗氮层的深度不断增加并呈抛物线规律变化,即开始增加的速度快,随着时间的延长,渗氮层深度增加得越来越慢,过长的渗氮时间对提高渗氮层深度效果并不明显。因此,在较低的渗氮温度下,要想得到较深的渗氮层是不可能的,只有提高渗氮温度,才能得到较深的渗氮层。渗氮保温时间是一个受多种因素影响的工艺参数,一般要通过生产实践摸索,才能正确地确定。根据经验表明,当渗氮层深度<0.4mm时,平均渗氮速度为0.015~0.02mm/h;当渗氮层深度在0.4~0.7mm时,平均渗氮速度为0.005~0.015mm/h;渗层越深,渗速越慢。

  氨分解率分别选择18%~35%、45%~65%、≥75%,理由是氨分解率高低直接影响着零件表面吸收氮的速度。分解率过高,炉气中氮和氢所占的体积大,零件表面吸附大量的氢,将妨碍零件表面对氮的吸收,使表面氮浓度降低,渗氮层硬度及深度减小;如果分解率过低,大量的氨来不及分解,提供的活性氮原子太少,也会降低渗氮速度。因此,为了使渗氮层的硬度梯度变得尽可能平缓,应增加渗氮层的深度,在渗氮前期,用较低的氨分解率(18%~35%)。此时零件表面迅速吸收了大量的氮原子,提高了零件渗氮表面的氮浓度,从而形成了弥散度大的渗氮物,以提高零件表面的硬度;渗氮的第二阶段可提高氨分解率(45%~65%),使炉气中活性氮原子得到稀释,表层的氮浓度不至于进一步提高,而且还使氮原子不断地向内层扩散,增加了渗氮层的厚度。为了降低渗氮层的脆性,在渗氮结束前,将炉温升至560~570℃、保温3~4h进行退氮处理,使氮原子能够继续向内层扩散,以降低表面的氮浓度。此时可将氨分解率控制在75%以上。渗氮温度和氨分解率的合适范围见表2。

  选择炉冷至<200℃出炉空冷。随炉降温阶段,仍然需要继续供给氨气,并保持渗氮炉内有一定的正压,防止空气进入使零件表面产生氧化。

  检验的项目主要是渗氮层深度、化合物层和扩散层,检验方法分为金相法、硬度法和断口法。我们选用的是金相法,并按GB/T 11354—2005《钢铁零件渗氮层深度测定和金相组织检验》中的规定内容进行了检验。

  渗氮层硬度的检验:由于渗氮层薄且硬度高,因此对表面硬度的检验一般采用维氏硬度计。

  渗氮层脆性检验:按维氏硬度压痕边角碎裂程度分为5级。应在随炉试样表面进行检验,按GB/T11354—2005《钢铁零件渗氮层深度测定和金相组织检验》中重要零件≤3级的规定进行检验。

  通过生产实际,重新调整了渗氮工艺参数,制定了新的渗氮工艺,如图2所示。按照设定后的工艺参数进行了生产,零件的各项指标均能满足图样要求。

  1)零件不需要渗氮的部位应进行防护,表面镀锡是一项很好的防护措施。锡不溶解氮原子,锡的熔点低(232℃),在渗氮温度下,锡层虽然会熔化,但锡依靠表面张力的作用,可在零件表面形成一层薄的保护膜,吸附于零件表面上,故镀锡层能防止氮原子渗入。通过生产实际证明,镀锡层控制在0.004~0.008mm为宜。镀锡层若<0.004mm, 防护层不起作用;镀锡层若>0.008mm,锡容易流淌到需渗氮的零件表面上,使零件渗氮表面产生软点。

  2)零件装炉前,应仔细清理表面(用汽油或酒精进行擦拭),保证零件表面无氧化皮、油脂及其他污物,以免影响渗氮质量;渗氮过程要严格执行安全守则。尤其注意:通氮后炉内空气未排净前不得点火,否则极易引起爆炸。

  3)根据零件的形状选择合理的工装夹具,工装与绑扎零件的镀锌铁丝必须无锈、无油,镀锌铁丝的锌层用酸洗或用800℃烧除掉。绑扎零件时,零件之间要留出足够的空间,保证炉内气氛的畅通。

  通过对渗氮温度、保温时间、氨分解率的分析,确定了渗氮工艺参数,并运用到实际生产中,摸索出了渗氮工艺的最佳参数。产品试样经过金相检验,渗氮物组织级别完全符合GB/T 11354—2005《钢铁零件渗氮层深度测定和金相组织检验》中的要求,能够达到二级,脆性检验1级,零件的渗氮硬度控制在780~840HV,渗氮层深度0.45mm,完全符合图样中的技术要求,如图3~图5所示。

  在渗氮生产过程中,热处理技术人员制定工艺后,还要深入到生产现场实时监控。同时,要求操作人员严格控制设备的渗氮温度、氨分解率等工艺参数,并根据生产的实际情况,适时调整各项工艺参数,保证渗氮工艺的正常运行。热处理技术员只 有掌握了生产实际情况,才能编制合理、实用的渗氮工艺规程。

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