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        鋼鐵工件多元共滲處理在生產(chǎn)中的應(yīng)用

        2012-04-10 18:22:38鄭立群
        哈爾濱軸承 2012年3期
        關(guān)鍵詞:高速鋼三乙醇胺滲氮

        鄭立群

        (哈爾濱量具刃具集團(tuán)有限責(zé)任公司,黑龍江 哈爾濱 150040)

        1 前言

        多元共滲是指對金屬工件表面同時滲入氮和另外一種或幾種元素,滲劑中的物質(zhì)有的起催滲作用,有的起相互加強(qiáng)作用。

        2 氮碳共滲

        氮碳共滲是應(yīng)用早、較為普遍的共滲方法,多稱為軟氮化或低溫氮碳共滲。近年來,這種工藝發(fā)展很快,滲劑種類很多,供入方式多樣,應(yīng)用范圍廣泛。其主要優(yōu)點(diǎn)是滲速快、滲層脆性小,缺點(diǎn)是滲層較薄,不太適用于重載荷工件。對氮碳共滲原理比較一致的看法是:α-Fe吸收碳迅速達(dá)到飽和狀態(tài)后析出Fe3C,F(xiàn)e3C又吸收氮形成Fe3(N.C),即ε相,從而加速滲氮過程。碳有擴(kuò)大ε相區(qū)和降低ε相中含氮量的作用,因而碳有益于形成ε相,防止生成脆性相Fe2N,起到加速滲氮和降低ε相脆性的作用。滲氮?dú)夥盏奶紕葺^高時,滲層中可生成較多量的Fe3C相,有提高抗滑動磨損性能的作用。氮碳共滲工藝所用的滲劑包括固體、液體和氣體。

        固體氮碳共滲處理,一般是將工件埋入盛有固體氮碳共滲劑的共滲箱內(nèi),密封后放入爐中加熱,保溫溫度為550℃~600℃,共滲劑可重復(fù)多次使用,但每次應(yīng)加入10%~15%的新滲劑。滲劑配方有:①木炭50%~60%,碳酸鈉10%~15%,氯化鈉3%~7%,黃血鹽25%~35%。滲劑特點(diǎn):活性較持久,適用于共滲層較厚(>0.3mm)工件。②尿素25%~35%,蛭石片25%~30%,硅砂20%~30%,混合稀土1%~2%,氯化銨3%~7%。滲劑特點(diǎn):適用于共滲層厚度≤0.2mm的工件。

        固體滲劑一般采用尿素,將固體顆粒狀尿素以一定速度和方式送入共滲爐內(nèi),在共滲溫度下發(fā)生熱分解,產(chǎn)生活性氮、碳原子滲入金屬表面。尿素加入量對工件表面硬度、化合物層致密度、滲層深度均有影響,以RJT-35共滲爐(坩堝尺寸:φ450×680mm)為例,共滲溫度560℃,保溫3h,尿素由600g/h提高到850g/h,滲層深度有相應(yīng)提高;當(dāng)加入量超過1000g/h,表面化合物層出現(xiàn)疏松,硬度降低;加入量超過1000g/h,爐壓力過高,有未完全分解的灰白色粉末狀物質(zhì)堵塞排氣管道影響正常工作;而加入量過少(<300 g/h),出現(xiàn)爐壓力低,廢氣不易點(diǎn)燃的問題;因此,尿素加入量750g/h~900g/h效果比較好。

        液體滲劑通常采用滴注方式,滲劑有甲酰胺、乙酰胺、三乙醇胺、尿素、甲醇、乙醇等,并以不同比例配制。①采用70%甲酰胺+30%尿素(質(zhì)量分?jǐn)?shù))作為滲劑,對3Cr2W8V鋼壓鑄模進(jìn)行共滲處理,參數(shù):580℃×3h,滲層深度0.08mm~0.12mm,滲層硬度752HV~848HV。②采用三乙醇胺與乙醇(比例1:1)混合滲劑直接滴入共滲爐內(nèi),對高速鋼工件進(jìn)行氮碳共滲,參數(shù):560℃×3h,滲劑滴入量80滴/分~100滴/分,滲層深度0.06mm~0.09mm,硬度948~1018HV,工件使用壽命提高1.5倍以上。③采用甲酰胺作為滲劑對高速鋼刀具(鉆頭、平面銑刀)進(jìn)行氮碳共滲,參數(shù):560℃×3h,滲劑滴入量3ml/min~5ml/min,氮碳共滲后直接油冷,滲層深度0.08mm,滲層硬度1050HV左右,刀具使用壽命提高2倍以上。由于甲酰胺熱分解溫度比三乙醇胺的低,而且每克分子的碳含量也較三乙醇胺的低,所以在共滲溫度下分解比較完全,析出碳黑也較少,同時,甲酰胺含氮量比三乙醇胺多2倍,因此用甲酰胺作滲劑時,共滲深度較快,效果明顯。

        氣體滲劑則單獨(dú)或與氨一起通入爐內(nèi),有氨+甲烷,氨+丙烷,氨+一氧化碳,氨+二氧化碳,氨+吸熱式氣氛(RX)等進(jìn)行氮碳共滲。吸熱式氣氛一般由乙醇、丙酮等有機(jī)溶劑裂解,或是烴類氣體制備而成。

        3 氧氮共滲

        氧氮共滲處理的滲劑一般采用氨水(含NH3量為25%~28%);因?yàn)榘彼泻琋H3量較少,又有通入氨氣,使氣氛中NH3:H2O=1:1。一般認(rèn)為:氧有活化工件表面和促進(jìn)晶界滲透作用,在表面可生成Fe3O4氧化膜,次表面生成鐵的氮氧化合物,氧還可降低氫的分壓,有減輕氫對氮原子滲入的阻礙作用。經(jīng)氧氮共滲處理的工件,表面為Fe3O4氧化膜,呈均勻多孔性,帶有磁性,易于含潤滑油,提高刀具抗咬合性,顏色為藍(lán)黑色;內(nèi)層為氮化層,組織致密,有較高硬度。我公司生產(chǎn)的φ3~φ12直柄鉆頭,淬回火后均采用氧氮共滲處理,參數(shù)采用:滲劑為含NH3量為:25%~28%的氨水,溫度550℃,時間3h,壓力100mm~200mmH2O柱高,工藝成熟,質(zhì)量穩(wěn)定,共滲處理后切削壽命提高170%以上,抗腐蝕性提高顯著。

        4 氧、硫、硼、碳、氮共滲及稀土元素在共滲中的應(yīng)用

        在一定條件下對高速鋼工件同時滲入氧、硫、硼、碳、氮五種元素,采用滲劑為:①硫脲、硼酸、甲酰胺和乙醇的混合溶液。②乙醇、尿素、硫化物、硼化物和氨水的混合溶液。這種多元共滲在實(shí)際中應(yīng)用結(jié)果證明,工件使用壽命比淬、回火的提高2~3倍,比經(jīng)氧氮共滲處理的提高50%~100%。這種工藝使工件滲層表面形成FeS、Fe3O4、Fe3BO5薄層,可降低摩擦系數(shù),內(nèi)層為Fe3O4及ε相結(jié)構(gòu),具有高硬度、高耐磨性和高紅硬性特點(diǎn)。稀土在許多領(lǐng)域已獲得廣泛應(yīng)用,在多元共滲中稀土元素能夠促進(jìn)滲劑分解,對金屬表面活化,以H13鋼擠壓模具稀土氮碳釩共滲處理為例,滲層組織中氮碳化物尺寸相對細(xì)小,分布更加彌散,滲層硬度遠(yuǎn)高于氮碳共滲和滲氮處理的,從表層到心部的硬度分部狀態(tài)更為平緩,同時滲層中存在大量VC、VN等合金碳、氮化合物相。

        5 結(jié)束語

        多元共滲在實(shí)際生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用,實(shí)用價值及挖掘潛力很大,而且工藝不復(fù)雜,滲劑配方成本較低,操作方便,可以滿足不同工件的性能要求,由于稀土元素的應(yīng)用能夠顯著提高元素滲入速度,改善滲層組織,提高滲層性能,因此多元共滲的將有良好的前景。

        [1]潘鄰.表面改性熱處理技術(shù)與應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社.

        [2]郭耕三.高速鋼及其熱處理[M].北京機(jī)械工業(yè)出版社.

        [3]鋼鐵熱處理編寫組.《鋼鐵熱處理》[M]. 上海:上??茖W(xué)技術(shù)出版社.

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