井式爐氣體滲氮工藝操作

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． 對沖擊韌度值要求低的零件，可采用正火，但正火冷卻速度要快，斷面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、復雜和精密的零件，滲氮前須進行一次或多次去應力處理，去應力溫度一般低于調質回火溫度，高于滲氮溫度，如處理后變形超差，進行矯正后再次按原工藝去應力一次，直至變形量完全合格為止
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、各種管路系統做全面檢查，保證設備的正常運行和使用，爐內溫差應小于10oC
2） 干燥劑常用氧化鈣、氯化鈣等，常用焙燒過的氧化鈣，如失效應更換或烘干
3） 滲氮介質用水的體積分數小于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，并清洗干凈
2． 零件的準備
1） 滲氮零件的表面粗糙度Ra1.6μm以下，表面不得有拉毛，碰傷及生銹等缺陷，不能及時處理的零件須涂油保護，以免生銹
2） 易畸變的零件，應預測畸變量，并做好記錄
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，并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，再用清潔汽油擦凈，以保證零件的清潔度
5） 將清洗干凈的零件裝入滲氮爐中，對于易變形的細長桿件必須垂直吊掛，間距要均勻，不要堵排氣孔，零件不得超出有效加熱區的范圍
工藝規范的確定：
1． 滲氮溫度
1） 常用500~530oC，能保證氮化物有較大的彌散度，硬度最高
2） 隨滲氮溫度升高，滲層深度增加，而硬度顯著降低，大于550oC滲氮，多數鋼種的最高硬度低于1000HV
3） 用兩階段或三階段滲氮時，第二階段的溫度常低于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，以后漸趨緩慢，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） 氨分解率控制在25%~40%較好，活性氮原子最多，零件表面大量吸收氮
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于零件表面，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于50oC/h，在接近保溫時間時，應加大氨量，使分解率控制在工藝要求下限
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，由于氨氣易溶于水，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于95%時，可減少氨流量，并保持爐內正壓
3． 保溫：當溫度達到工藝規定溫度后，調節氨流量，使氨分解率控制在18%~35%，并開始計算保溫時間，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制氨分解率，一般每隔15~30min測一次氨分解率，在保溫過程中，爐溫上下偏差應小于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后，關閉排氣閥門，減少氨流量，保溫2h，使氨分解率大于70%，使零件表面氮濃度降低，減少表面脆性。此后停電降溫，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