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2、氣體硬氮化2.1、原理氣體硬氮化，即氣體氮化，是指在一定溫度下，氮原子在一定介質(zhì)中滲入鋼表面的一種化學(xué)熱處理工藝。為了與氣體軟氮化相區(qū)別，也叫氣體硬氮化。氣體滲氮時(shí)，工件放在爐內(nèi)，NH3氣體直接輸送到500 ~ 560℃的滲氮爐內(nèi)。當(dāng)溫度高于480℃時(shí)，NH3氣體發(fā)生如下熱分解:2nh3 → 2 [n]+3H2分解的氮原子大部分生成N2氣體，小部分活性氮原子被工件表面吸附后擴(kuò)散到工件內(nèi)部。一段時(shí)間后，在工件表面獲得一定深度的氮化物層。滲氮層包括外化合物層(又稱白亮層)和相鄰的擴(kuò)散層 (也叫暗層)。白亮層對(duì)穿著起著決定性的作用。氣體滲氮后，其組織主要是ε相和γ′相，處理不當(dāng)容易產(chǎn)生ξ相，應(yīng)盡量避免。ε相和γ′相硬度高，化合物層(白亮層)組織致密，耐磨性好。ε相電極電位高，耐蝕性好；因此，提高了工件的耐磨性和耐腐蝕性。在基體中，鐵和合金元素(鉬、釩、鉻等。)與氮有很強(qiáng)的親和力，與氮原子形成許多合金氮化物，顯著提高氮化層的硬度。并且形成的各種氮化物的比容大于鐵的比容。滲氮后，材料表面形成較大的殘余壓應(yīng)力， 可抵消合肥h13圓鋼無外拉應(yīng)力。這樣，鋼的高周疲勞抗力顯著提高。2.2.滲氮規(guī)律氣體滲氮的主要工藝參數(shù)是滲氮溫度、滲氮時(shí)間和氨分解率，對(duì)滲氮速度、滲氮層深度、滲氮層硬度、耐磨性、耐蝕性和韌性影響較大。在滲氮時(shí)間和氨分解速率相同的情況下，隨著溫度的升高，滲氮層增厚，滲氮彌散度降低。當(dāng)溫度升高到580℃以上時(shí)，表面硬度降低。當(dāng)滲氮溫度降低時(shí)，氮原子的擴(kuò)散速度減慢，滲層變淺， 表面硬度更高，脆性更大。滲氮溫度一般控制在520-540℃。氨氣的分解率根據(jù)溫度不同一般控制在20%-60%的范圍內(nèi)，一般在40%左右。氨氣分解率大于60%，會(huì)降低氮化層的硬度和耐磨性；當(dāng)大于70%時(shí)，氮化物層的深度將急劇下降。滲氮保溫時(shí)間取決于滲氮溫度和滲氮層的深度要求。保溫時(shí)間越長(zhǎng)，滲氮層越深，但滲氮層的硬度會(huì)降低。
3、氣體軟氮化3.1、原理氣體軟氮化，即氣體氮碳共滲，是指以氣體氮化為主，滲碳為輔的低溫氮碳共滲。常用的介質(zhì)是50%氨+50%吸熱氣體(硝石法)；通入氨氣時(shí)滴加35%-50%的氨氣+50%-60%的放熱氣體(硝基法)和乙醇或甲酰胺。在軟氮化中，由于碳原子在ε相中的高溶解度，軟氮化的表層是碳氮化合物，具有良好的韌性和耐磨性。氣體軟氮化過程中，由于碳原子的溶解度極低，很快達(dá)到飽和，析出許多超微滲碳體顆粒。這些滲碳體顆粒作為氮化物結(jié)晶的核心，促進(jìn)了氮化物的形成。當(dāng)表面層中的氮濃度達(dá)到一定水平時(shí)，形成ε相， ε相具有很高的碳溶解能力，這反過來可以加速碳的溶解。氣體軟氮化后，其顯微組織由ε相、γ′相和含氮滲碳體Fe3(C，n)組成。碳會(huì)降低氮的擴(kuò)散速率，所以熱應(yīng)力和組織應(yīng)力比硬氮化大，滲碳層更薄。但同時(shí)，由于軟氮化層中沒有ξ相，氮化層的韌性比硬氮化后的好。3.2.工藝參數(shù)氣體軟氮化的主要工藝參數(shù)是氮化溫度、氮化時(shí)間和氮化氣氛。氣體軟氮化的溫度通常為560-570℃，因?yàn)樵诖藴囟认碌瘜拥挠捕雀?。滲氮時(shí)間通常為3-4小時(shí)，因?yàn)樵诠矟B的2-3小時(shí)內(nèi)化合物層的硬度達(dá)到更高。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)， 氮化物層的深度緩慢增加。滲氮?dú)夥沼砂睔獾姆纸馑俾屎蜐B碳劑的滴加速度決定。
4.比較分析4.1。測(cè)試內(nèi)容取自同一批次H13。模具鋼共有4塊，其中2塊用氣體硬氮化，另外2塊用氣體軟氮化。氣體硬氮化的氮化工藝為:氮化溫度530±10℃，氮化時(shí)間15小時(shí)，氨分解率25%-30%。樣品編號(hào)為1-2。氣體軟氮化采用氨和甲酰胺作為共滲介質(zhì)，氮化工藝為:氮化溫度為570±10℃，保溫期間氨的分解率控制在25%-30%，甲酰胺滴加量為70-80滴/分鐘，保溫時(shí)間為3-4小時(shí)；凈化期的氨圖1顯示了獲得的樣品的氮化層的硬度梯度的比較?？梢钥闯鏊膫€(gè)樣品的表面硬度和硬度梯度曲線相似， 顯示H13。模具鋼氣體硬氮化和氣體軟氮化的硬度差別不大。表層硬度達(dá)到1000-1200HV，可以滿足鋁型材熱擠壓的需要。氣體軟氮化的硬度曲線并不陡峭，這可能是滲氮層的測(cè)量深度不夠的原因。圖2-5是滲氮后樣品1-4的白亮層的金相顯微照片?？梢园l(fā)現(xiàn)，四個(gè)樣品的白亮層厚度差異很小。圖2
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蘇州東锜公司的主要鋼種有:熱作。模具鋼H13(SKD61，1.2344)，H13-S(FDAC)，38CrMoAl(SACM645)等。冷加工模具鋼D2(1.2379)，SKD11，Cr12MoV，O1(SKS3，1.2510)，DC53，S7等。高速工具鋼M2(SKH51，1.3343)，M35(SKH55，1.3243)，塑料模具9Cr18Mo(440C)，4Cr13等。廣泛應(yīng)用于汽車、船舶、電器、電子通訊、醫(yī)療機(jī)械等領(lǐng)域，已成為工業(yè)企業(yè)的必備材料。
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