一、行星機(jī)構(gòu)原軟氮化工藝
行星機(jī)構(gòu)軟氮化工藝曲線見(jiàn)圖2，采用570℃進(jìn)行軟氮化，氨氣流量為5m3/h，甲醇流量為1.2L/h，在軟氮化時(shí)爐內(nèi)壓力保持在250Pa左右，工藝時(shí)間結(jié)束后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行空冷至室溫。選取一個(gè)軟氮化硬度偏低樣件進(jìn)行理化檢測(cè)，該樣件(圖3)白亮層厚度不均，平均為0.004mm，表面硬度為450HV0.2。
二、軟氮化硬度偏低原因分析
由于軟氮化后表面硬度測(cè)試就是測(cè)白亮層的硬度因此研究白亮層的形成原理就是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。從軟氮化的硬化機(jī)理我們看到，氮化時(shí)N原子優(yōu)先和Fe進(jìn)行反應(yīng)生成Fe2-3N化合物，也就是我們常說(shuō)的白亮層，但是Fe2-3N硬度不高只有約265HV，而在一定條件下，形成的白亮層硬度隨著鋼的含碳量增加而有所提升。軟氮化正是利用這一特性在滲氮?dú)夥罩腥藶榧尤霛B碳?xì)夥帐拱琢翆拥奶及慈说囊庠高m當(dāng)增多從而提高白亮層的硬度。在我們通氨滴醇法進(jìn)行軟氮化時(shí)，爐內(nèi)主要進(jìn)行以下化學(xué)反應(yīng)：
通過(guò)上面反應(yīng)式可以看到，軟氮化氣氛中N原子的提供是由氨氣裂解產(chǎn)生的，而C原子的提供是由甲醇裂解氣產(chǎn)生的。從反應(yīng)式(1)可見(jiàn)氨氣的分解是可逆的，當(dāng)爐內(nèi)氫的含量較少時(shí)反應(yīng)向右進(jìn)行而當(dāng)爐內(nèi)氫含量過(guò)多時(shí)卻會(huì)抑制氨的分解，由于氣氛中的N是由氨氣裂解而來(lái)如果氨氣裂解不足勢(shì)必會(huì)影響到氣氛中活性N原子的含量從而降低氣氛的氮?jiǎng)荩构ぜ砻婧琋不足形成不可固溶C的Fe4N，F(xiàn)e4N的硬度為550HV顯然會(huì)降低工件表面的硬度。由反應(yīng)式(2)、(3)我們看到雖然甲醇的裂解會(huì)產(chǎn)生C原子，但也會(huì)產(chǎn)生H分子，如果甲醇加入過(guò)多就會(huì)產(chǎn)生較多的H2抑制氨氣的裂解直接降低軟氮化氣氛中的氮?jiǎng)荩瑺t內(nèi)氮?jiǎng)莸偷庸┙o不足，工件表面白亮層形成困難，最終不僅造成工件表面白亮層不均勻、偏淺還會(huì)使擴(kuò)散區(qū)氮含量偏少導(dǎo)致工件表面硬度不足，從圖3原工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品白亮層厚度不均勻局部甚至沒(méi)有形成白亮層這一點(diǎn)來(lái)看氣氛供氮能力的確存在不足，因此甲醇相對(duì)氨氣的加入量是相當(dāng)關(guān)鍵的，滲氮時(shí)加入恰當(dāng)?shù)募状紩?huì)有效提高工件表面硬度但是如果過(guò)多的加入則會(huì)降低工件表面硬度。
三、試驗(yàn)及結(jié)果
根據(jù)上述分析，行星機(jī)構(gòu)要獲得高的硬度氨氣和甲醇的配比應(yīng)該存在一個(gè)最佳值，為驗(yàn)證此結(jié)論我們進(jìn)行了以下工藝試驗(yàn)：
試驗(yàn)用鋼
把一件行星機(jī)構(gòu)內(nèi)齒圈工件通過(guò)線切割方式分成若干試樣，試樣表面都經(jīng)過(guò)清洗、酒精清潔，保證各個(gè)試樣狀態(tài)一致。
試驗(yàn)方法
把樣件按表1所示工藝用箱式軟氮化爐分別進(jìn)行工藝試驗(yàn)。
試驗(yàn)結(jié)果
工藝試驗(yàn)后樣件用顯微維氏硬度計(jì)和金相顯微鏡進(jìn)行理化檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。
四、試驗(yàn)結(jié)果分析
由表2工藝試驗(yàn)結(jié)果表明在一定范圍內(nèi)隨著氨氣和甲醇的比值加大，樣件硬度呈上升趨勢(shì)，白亮層厚度也呈上升趨勢(shì)，在甲醇為流量為0.6L/h，氨氣流量為7m3/h時(shí)表面硬度達(dá)到最大值，并且金相組織(圖4)檢測(cè)也符合要求，這就證明了軟氮化氣氛中氨氣和甲醇的添加比例對(duì)產(chǎn)品的硬度及白亮層厚度有重要影響，隨著氨氣的增加氨氣大量裂解氣氛中可供工件表面捕捉的氮原子也增加，表面形成ε及ε+γˊ相組成的白亮層并隨氨氣通入量不斷增厚，表面硬度不斷上升，但是隨著氨氣的進(jìn)一步增加，表面脆性上升硬度卻顯著降低了，那是因?yàn)殡S著氨氣流量的進(jìn)一步增加氨氣分解率下降氣氛中活性氮原子過(guò)多，樣件表面由于存在的大量氮原子，一部分和Fe生成高氮高脆性的以Fe2N為基的ζ相使表面脆性增加，一部分結(jié)合成氮分子從表面析出形成氣孔造成疏松(圖5)反而降低了表面硬度。
五、結(jié)論
1.在通氨滴醇法軟氮化工藝中，氨氣和甲醇的添加比例對(duì)產(chǎn)品的硬度和白亮層厚度有著重要影響。
2.在使用MAXLAX1000箱式軟氮化爐對(duì)材料為42CrMo的行星機(jī)構(gòu)進(jìn)行軟氮化，當(dāng)氨氣流量為7m3/h，甲醇為0.6L/h時(shí)工件表面具有最佳的硬度及金相組織。我司用該工藝生產(chǎn)行星機(jī)構(gòu)上千套再未發(fā)生表面硬度不足情況，取得良好經(jīng)濟(jì)效益。