怎樣制訂離子滲氮工藝規(guī)范
01
滲氮溫度和時(shí)間
1)離子滲氮的滲氮溫度和氣體滲氮基本相同,一般為500~540℃,不同材料滲氮硬度與溫度之間均有一最佳對應(yīng)值,一般在450~ 540℃之間。當(dāng)溫度高于590℃時(shí),會因氮化物的積聚而使硬度明顯下降。
升溫速度主要取決于工件表面的電流密度、工件體積與產(chǎn)生輝光的表面積之比以及工件的復(fù)雜程度與散熱條件等。為減少變形,升溫速度不宜過快,一般為150~250℃/h。保溫溫度要穩(wěn)定,波動要小。保溫溫度的穩(wěn)定性與爐壓及電壓有密切的關(guān)系,通過穩(wěn)定爐壓來穩(wěn)定電流密度,進(jìn)而提高保溫溫度的穩(wěn)定性;通過穩(wěn)定電壓來穩(wěn)定電流密度,進(jìn)而提高保溫溫度的穩(wěn)定性。
2)滲氮的保溫時(shí)間取決于滲氮件的材料以及滲氮層的厚度和硬度要求,保溫時(shí)間從幾十分鐘到幾十小時(shí)。當(dāng)滲氮時(shí)間在20h以內(nèi)時(shí),離子滲氮的速度明顯大于氣體滲氮,當(dāng)滲氮時(shí)間在20h以上時(shí),兩種滲氮的速度接近??梢?,在處理滲氮層小于0.5mm的工件時(shí),用離子滲氮是最合適的。當(dāng)滲氮層深度為0.2~0. 5mm時(shí),一般保溫8~20h即可。
02
爐氣壓力
爐氣壓力是離子滲氮的一個(gè)重要參數(shù)??諣t或工件裝爐后,氣壓應(yīng)能達(dá)到6. 67Pa以下。如果達(dá)不到此值,說明爐體有漏氣現(xiàn)象,漏入的空氣中的氧在滲氮過程中會使金屬表面氧化,影響滲氮質(zhì)量;冷卻時(shí)漏入空氣,會使工件出現(xiàn)氧化色。
爐氣壓力與供氣流量和抽氣速率有關(guān)。在氣壓一定的條件下,真空泵的抽氣速率越大,氣體的流量就越大,氨氣的消耗量也就越大。在離子滲氮中,氣壓直接影響電流密度的大小。氣壓大,電流密度大,而電流密度又影響升溫速度和保溫溫度。在實(shí)際操作中,氣壓應(yīng)在133~1066Pa之間,一般為266~ 800Pa。
爐氣壓力對滲氮層的組織有一定影響。高氣壓下化合物層中ε相含量增高,低氣壓易獲得γ′相。氣壓在40~2660Pa時(shí),不易出現(xiàn)化合物層。
氣壓還決定輝光層的厚度,氣壓越大,dk越小,輝光層越薄,越有利于升溫。
03
電壓
離子滲氮所需的電壓與爐氣壓力、電流密度、工件溫度及陰陽極間的距離等因素有關(guān)。在其他因素一定時(shí),電壓升高,則電流密度增大;氣壓升高,則電壓下降。在實(shí)際操作中,通過調(diào)節(jié)電壓和氣壓來控制電流的大小,達(dá)到升溫和保溫的目的,保溫階段的電壓一般為500~700V。
04
電流密度
電流密度直接影響供給工件的熱量的多少,主要根據(jù)滲氮溫度的要求來選擇。在升溫階段,需要的熱量多,電流密度也大;在保溫階段,需要的熱量較少,電流密度也較小。電流密度一般在0.5~20mA/cm²之間,常用0.5~3mA/cm²。
05
氣源
離子滲氮一般以氨氣為氣源,直接通入爐內(nèi)進(jìn)行滲氮,操作簡單,使用方便。也可將氨在660~670℃下分解為氮?dú)夂蜌錃猓偻ㄈ霛B氮爐內(nèi);還可以采用氮?dú)夂蜌錃獾幕旌蠚怏w作為氣源。后兩種氣源可以獲得比直接使用氨氣時(shí)更為均勻的溫度分布和滲氮層。調(diào)整氮?dú)夂蜌錃獾谋壤?,還可獲得所希望的滲氮層結(jié)構(gòu)和ε相層的厚度。氮?dú)夂蜌錃獾捏w積比可在1:9~9:1之間變化,氫氣所占的比例越大,則滲氮層中的ε相層越薄。