氣體滲氮時，不銹(xiu)鋼零件必須清除表面鈍化膜，且滲氮時間較長；液體軟滲氮雖然不需要清除鈍化膜，但鹽浴有毒，對人體有害，對環境也是污染。目前，不銹鋼零件滲氮應用較多的就是離子滲氮。不銹鋼零件在離子滲氮時，由于離子轟擊的作用，可以自動去除不銹鋼、耐熱(re)鋼(gang)零件表面的鈍化膜，并可直接進行不銹鋼零件的滲氮。與氣體滲氮相比，離子滲氮具有以下優點：
1. 滲入速(su)度快
在(zai)滲(shen)(shen)(shen)(shen)氮(dan)(dan)溫(wen)度(du)和保(bao)溫(wen)時(shi)間相同的(de)情況下(xia)，離子滲(shen)(shen)(shen)(shen)氮(dan)(dan)所得到的(de)滲(shen)(shen)(shen)(shen)氮(dan)(dan)層(ceng)厚度(du)明顯(xian)大(da)于(yu)氣(qi)(qi)體(ti)滲(shen)(shen)(shen)(shen)氮(dan)(dan)層(ceng)深度(du)，特(te)別是淺層(ceng)滲(shen)(shen)(shen)(shen)氮(dan)(dan)時(shi)（滲(shen)(shen)(shen)(shen)層(ceng)≤0.20mm），離子滲(shen)(shen)(shen)(shen)氮(dan)(dan)的(de)速度(du)是氣(qi)(qi)體(ti)滲(shen)(shen)(shen)(shen)氮(dan)(dan)的(de)兩倍以上。
2. 零件變形小
由于離子(zi)滲氮(dan)(dan)(dan)是通過(guo)陰極濺(jian)射(she)進行(xing)的(de)，因(yin)此(ci)抵消(xiao)掉了一部分(fen)因(yin)氮(dan)(dan)(dan)的(de)滲入引起的(de)零件尺寸的(de)漲量。同時離子(zi)滲氮(dan)(dan)(dan)溫度較低，變形較小。
3. 滲氮組織易于(yu)控(kong)制
通過調(diao)節(jie)滲氮氣體的成分可以對(dui)滲層組(zu)織進行適(shi)當(dang)的控(kong)制，并降低不銹(xiu)鋼(gang)零(ling)件的脆性。
4. 易于實現局部滲氮
用機(ji)械屏蔽(bi)法即可(ke)對非滲氮(dan)部位進行有效的保(bao)護，比氣體(ti)滲氮(dan)采(cai)用電鍍(du)、涂料(liao)等保(bao)護法經(jing)濟(ji)、簡便(bian)。
離(li)子(zi)(zi)滲氮(dan)是(shi)在離(li)子(zi)(zi)滲氮(dan)爐中進行的，在低真空下，向爐中通入氨(an)氣或氮(dan)氫混(hun)合氣體。以工件(jian)(jian)(jian)為陰極(ji)，爐壁為陽極(ji)，在直流電壓的作用下引起輝光放電，氮(dan)被離(li)子(zi)(zi)化，并以高(gao)速向工件(jian)(jian)(jian)表面轟擊，一方面使工件(jian)(jian)(jian)表面產(chan)生離(li)子(zi)(zi)濺(jian)射，造(zao)成(cheng)晶格(ge)缺陷(xian)；另一方面，轟擊產(chan)生熱能，加熱工件(jian)(jian)(jian)表面。氮(dan)離(li)子(zi)(zi)被工件(jian)(jian)(jian)表面擒獲、吸(xi)收，并向工件(jian)(jian)(jian)內部擴(kuo)散。
一、離(li)子滲(shen)氮的工藝參(can)數
離子(zi)滲(shen)氮(dan)的(de)主要工藝參數(shu)為：
1. 真空度：一般為1.33～13.3Pa，爐(lu)子(zi)應在限定(ding)時(shi)間達到6.65Pa。
2. 氣壓：氣體常用壓力為266~793Pa。
3. 電流密度:0.5~5mA/cm.
4. 輝光電(dian)(dian)壓(ya)：加熱電(dian)(dian)壓(ya)為(wei)550~750V;在保溫階(jie)段,電(dian)(dian)壓(ya)應適(shi)當(dang)比加熱階(jie)段電(dian)(dian)壓(ya)略(lve)低,通常(chang)為(wei)550~650V。形狀(zhuang)簡單(dan)取(qu)650V,形狀(zhuang)復雜取(qu)550V。
5. 滲氮(dan)(dan)溫度：一般取450~600℃,即使在400℃以下(xia)也能滲氮(dan)(dan)處(chu)理。滲氮(dan)(dan)溫度低時滲層薄,但溫度過高則氮(dan)(dan)化物粗化、硬度下(xia)降并降低抗粘(zhan)模能力。工廠里多采用510-550℃,效果較佳。
6. 滲(shen)(shen)氮(dan)(dan)時間：離子滲(shen)(shen)氮(dan)(dan)時間的選擇(ze)主(zhu)要取決于零件所選用的材料(liao)、要求的滲(shen)(shen)氮(dan)(dan)層深度以及滲(shen)(shen)氮(dan)(dan)的溫度。不銹鋼零件一般取2~6h。
7. 滲氮氣氛：目前,一般使用的是預先經過熱分解的氨氣進行離子滲氮,可以較好地解決直接通氨進行離子滲氮時所產生的一些缺陷,而且方法簡便。有的單位采用N2和H2的混合氣體進行滲氮,H作為稀釋氣體加人可調節滲氮氣氛的氮勢(N和H2的比例可在20:80到80:20之間變化),從而較容易地對滲氨層組織進行控制,提高不銹鋼零件的滲氮質量。
二、滲氮前的準(zhun)備
為了控制滲氮質量,必須對零件(jian)的預處理、設(she)備真(zhen)空性能(neng)、滲氮操作(zuo)進行嚴格控制。
1. 零件的(de)調質處理或(huo)固溶處理：馬氏體(ti)不(bu)銹鋼調質后(hou),其基體(ti)為(wei)回火索(suo)氏體(ti)組(zu)織(zhi),提(ti)高了基體(ti)強(qiang)度和韌性及疲勞性能。同樣條(tiao)件下,調質后(hou)滲(shen)氮層(ceng)(ceng)深度可提(ti)高20%以上,硬度也有所提(ti)高。奧氏體(ti)不(bu)銹鋼固溶后(hou)可獲得單一的奧氏體(ti)組(zu)織(zhi),有利于滲(shen)氮層(ceng)(ceng)深度的提(ti)高。
2. 消除應力退火：為了減(jian)少不銹鋼零件滲氮(dan)后(hou)的(de)變形,在(zai)半精加(jia)工(gong)(gong)(gong)后(hou)、精加(jia)工(gong)(gong)(gong)前,加(jia)一次(ci)消除加(jia)工(gong)(gong)(gong)應(ying)力退(tui)火處理。退(tui)火溫(wen)度(du)為600-700℃,保溫(wen)時間為2-4h,可減(jian)少變形。
3. 不銹鋼零(ling)件在滲(shen)氮(dan)前(qian)應進行脫(tuo)脂除(chu)銹,清理飛邊(bian)毛刺,消除(chu)弧光(guang)放電。
4. 應進行設備極限真(zhen)空度(du)試驗,爐子應在限定的(de)時間內達到6.65Pa。否則,在沒有足夠的(de)極限真(zhen)空度(du)下,容易引(yin)起(qi)工件(jian)在滲(shen)氮和(he)冷(leng)卻(que)過(guo)程中的(de)氧化,加大(da)氮原(yuan)子擴(kuo)散阻(zu)力。
5. 真(zhen)空(kong)保(bao)持試(shi)驗(yan)。真(zhen)空(kong)保(bao)持和(he)極限真(zhen)空(kong)度有密切關系。實踐證明,爐(lu)子的真(zhen)空(kong)保(bao)持(即壓升(sheng)率)為爐(lu)壓每分鐘上升(sheng)0.133~0.266Pa時(shi),即能(neng)滿足工藝要求。一般開5爐(lu)后即應作一次真(zhen)空(kong)保(bao)持試(shi)驗(yan)。
三、滲氮操作(zuo)
滲氮的具體操作如下:
1. 清洗：清洗待滲氮件表面和內(nei)孔(kong)的(de)油污、銹斑(ban)以及孔(kong)內(nei)殘存的(de)切屑。
2. 裝爐：同(tong)爐處(chu)理的待(dai)滲氮件應為同(tong)種零(ling)件或表面積和重量(liang)之(zhi)(zhi)比接(jie)近的零(ling)件。零(ling)件與陰極托盤之(zhi)(zhi)間(jian)接(jie)觸(chu)良好,零(ling)件間(jian)距(ju)一般(ban)為40~70mm。如能保證(zheng)質(zhi)量(liang),也可以多種零(ling)件混裝。
3. 待滲(shen)(shen)(shen)氮件需防滲(shen)(shen)(shen)部位和(he)不需滲(shen)(shen)(shen)氮的小孔(kong)、窄縫應進行覆蓋、屏蔽。待滲(shen)(shen)(shen)氮件至陽極距離大致相(xiang)等，在待滲(shen)(shen)(shen)氮件預測溫度可(ke)(ke)能(neng)偏低的部位可(ke)(ke)設(she)置輔助陰極和(he)輔助陽極。
4. 試樣(yang)安放的(de)位置(zhi)應保(bao)證在(zai)滲氮時與零件的(de)溫度(du)一致，或采用模(mo)擬試件。
5. 蓋上爐罩，起(qi)動(dong)真(zhen)空泵，待爐壓至極(ji)限真(zhen)空度后停泵，使爐內壓升至常壓，并(bing)重復一次。這(zhe)樣也能降低起(qi)輝(hui)電壓，縮短打散弧時間。
6. 氨干(gan)燥處理：供貨態的氨，有一定的殘存水分(fen)會隨氨進(jin)入爐內，容易使化(hua)合物(wu)層(ceng)出(chu)現ε相。干(gan)燥器最好用不銹鋼板焊接，填充硅(gui)膠(jiao)、木炭等(deng)干(gan)燥劑。在滲氮過程中，若氨氣(qi)流量計出(chu)現小水珠，應對干(gan)燥劑進(jin)行(xing)烘干(gan)或(huo)更換。
7. 氨(an)熱分(fen)解(jie)：氨(an)熱分(fen)解(jie)可(ke)通過750℃左(zuo)右的(de)蛇形或(huo)螺旋形熱分(fen)解(jie)器(qi)(qi)實現。分(fen)解(jie)器(qi)(qi)的(de)內(nei)徑為(wei)8～12mm，由不銹(xiu)鋼管(guan)制成，展(zhan)開長度(du)為(wei)1.5～2.5m。分(fen)解(jie)器(qi)(qi)可(ke)置于箱式電(dian)爐內(nei)，也可(ke)用6kW左(zuo)右的(de)專用封閉(bi)式小(xiao)型電(dian)爐。
8. 正壓狀態供氮(dan)：輸(shu)氮(dan)管路一(yi)般都(dou)比較(jiao)長，接(jie)(jie)頭(tou)多，而且常存在盤折現象。氨壓在管壁損失大，加之干燥器的阻力，使流量(liang)(liang)計進氣端接(jie)(jie)頭(tou)等(deng)處有可能出現負壓。若這些地方不嚴(yan)密，空氣進入(ru)流量(liang)(liang)計，混(hun)入(ru)爐(lu)內，將造成零件滲氮(dan)層(ceng)薄(bo)且硬度低等(deng)缺陷(xian)。所以流量(liang)(liang)計一(yi)側應維持正壓，輸(shu)氨管路應盡量(liang)(liang)短(duan)，各個接(jie)(jie)頭(tou)要牢固。
9. 采用合適的電壓點燃輝(hui)光后，采用逐步(bu)交替升(sheng)(sheng)高壓和氣壓的程序進行清理和升(sheng)(sheng)溫(wen)(wen)，升(sheng)(sheng)溫(wen)(wen)速(su)度一般以(yi)250～350℃／h為宜。升(sheng)(sheng)溫(wen)(wen)速(su)度過快，會增加(jia)零(ling)件的變(bian)(bian)形(xing)量，因(yin)此易變(bian)(bian)形(xing)零(ling)件在(zai)400℃以(yi)上應緩慢加(jia)熱(re)。
10. 冷(leng)卻(que)水要適量：保溫(wen)期間冷(leng)卻(que)水不宜過大，爐體表面(mian)溫(wen)度維持在30℃左右(you)即可。
11. 弱輝降溫(wen)(wen)：保(bao)溫(wen)(wen)階段結束(shu)后(hou)，提(ti)高(gao)爐(lu)內真空度(du)，減小電(dian)流，以不(bu)使輝光(guang)熄滅為(wei)度(du)（傳統(tong)上是關閉閥(fa)門停(ting)止供氣和抽(chou)氣，切(qie)斷輝光(guang)電(dian)源(yuan)，零件(jian)在滲氮氣氛中(zhong)隨(sui)爐(lu)冷卻(que)）。待爐(lu)溫(wen)(wen)降到250℃以下時滅輝，再加(jia)大氨量和冷卻(que)水量，冷卻(que)0.5h。
12. 零件(jian)溫(wen)度降到200℃以下方(fang)可出(chu)爐。
13. 零件出爐后應進行(xing)外觀、硬度、滲(shen)氮深度、金相組織、變形量(liang)的檢查。
部分不銹鋼常用(yong)滲氮工(gong)藝(yi)規范見表(biao)3-21，離子滲碳時的氨氣流量(liang)可根據設(she)備功率參照表(biao)3-22選取。
