滲氮(又稱為氮化)是向鋼的表麵滲入氮原子的化學熱處理工藝。滲氮的目的是提高零件表麵的硬度、耐磨性、耐蝕性及疲勞強度。
滲氮的方法很多,目前應用最多的滲氮方法為氣體滲氮和離子滲氮。
(1)氣體滲氮 工件在氣體介質中進行的滲氮稱為氣體滲氮。它是將工件放入密閉的爐內,加熱到500~600℃,通入氨氣(NH3),氨氣分解出活性氮原子被工件表麵吸收,與鋼中的合金元素鋁、鉻、鉬形成氮化物,並向心部擴散,形成一定厚度的滲氮層,滲氮層一般深度為0.1~0.8mm。
氣體滲氮適用於含有鋁、鉻、鉬等合金元素的鋼,38CrMoAl是最常用的滲氮用鋼,其次是35CrMo、18CrNiW等。滲氮工件的工藝路線為:鍛造→退火→機械粗加工→調質→機械精加工→去應力退火→粗磨→滲氮→精磨或研磨
滲氮的特點:
1)滲氮層具有很高的硬度和耐磨性。鋼件滲氮後不用淬火就可得到高硬度,而且具有較高的熱硬性。如38CrMoAl鋼滲氮層硬度高達1000HV以上(相當於69~72HRC),而且這些性能在600~650℃時仍可保持。
2)滲氮溫度低(一般約為570℃),工件變形小。
3)滲氮零件具有很好的耐蝕性,可防止水、水蒸氣、堿性溶液的腐蝕。
滲氮雖然具有上述特點,但它的生產周期長,滲氮層薄而脆,不宜承受集中的重載荷,這就使滲氮的應用受到一定限製。在生產中滲氮主要用來處理重要和複雜的精密零件,如精密絲杆、鏜杆、排氣閥、精密機床的主軸等。
(2)離子滲氮 在低於一個大氣壓的滲氮氣氛中,利用工件(為陰極)和陽極之間產生的輝光放電進行滲氮的工藝稱為離子滲氮。圖4-26為離子滲氮裝置示意圖。
離子滲氮的原理是將需要滲氮的工件作陰極,以爐壁接陽極,在真空室內通入氨氣,並在陰陽極之間通以高壓直流電。在高壓電場作用下,氨氣被電離,形成輝光放電。被電離的氮離子以很大的速度轟擊工件表麵,使工件表麵溫度升高(一般為450~650℃),並使氮離子在陰極上奪取電子後還原成氮原子而滲入工件表麵,然後經過擴散形成滲氮層。
離子滲氮具有速度快、生產周期短(滲氮時間僅為氣體滲氮的1/3~1/4)、滲氮層質量高、工件變形小、對材料的適應性強(適用於各種鋼、鑄鐵和鈦等金屬材料)等優點。