金属热处理生产工艺 气体氮碳共渗 1氮碳共渗.ppt

6.1.2.4 氮碳共渗 氮碳共渗是工件表层渗入氮和碳，并以渗氮为主的化学热处理工艺，也叫软氮化。以常用的气体氮碳共渗为例。 一、气体氮碳共渗剂 气体氮碳共渗剂成分见表6—10。 氮碳共渗(nitrocarburizing)是指工件表层同时渗入氮原子和碳原子，并以渗氮为主的化学热处理工艺。氮碳共渗(也称软氮化)可分为液体氮碳共渗和气体氮碳共渗两类。 液体氮碳共渗采用氰盐作共渗剂，氰盐具有毒性，对操作者不安全，使用受到限制。 现在广泛使用的是气体氮碳共渗。氮碳共渗还可分为铁素体氮碳共渗和奥氏体氮碳共渗。以下主要介绍铁素体氮碳共渗。 铁素体氮碳共渗的温度略高于渗氮温度(常为570℃)，氮碳共渗层的组织也是由化合物层和扩散层组成，氮碳共渗件的加工路线也与渗氮件类似。与气体渗氮相比较，氮碳共渗具有工艺时间大幅缩短、成本低、渗层韧性较好等特点 一、气体氮碳共渗剂 气体氮碳共渗剂一般有三大类： (1)尿素热分解气 尿素在常温下是白色粉末状固体，在不同温度时尿素分解产物不同，在500 ℃以下不能直接分解出活性氮、碳原子。在500℃以上，发生如下热分解反应，产生活性碳、氮原子 (NH2)2C0—CO+2[N]+2H2 2C0— [C]+C02 操作中，尿素应在500℃以上加入炉中，一般可通过三种方式： ①用机械送料机(如螺杆式送料机)将尿素颗粒送入炉内，在共渗温度下热分解； ②将尿素在热解罐中分解后再送入炉内； ③把尿素按一定比例溶于甲醇或乙醇中，再滴入炉内发生热分解。 尿素加入量应根据炉罐大小和装炉量不同而变化，一般加入量为500～1000g/h。 (2)甲酰胺、三乙醇胺等热分解气 这些有机化合物都是液体，可以滴注方式送人炉内。甲酰胺是粘度较小的液体，在共渗温度下产生热分解，即 2HCONH2—2H2+H20+CO+2[N]+[c] 2C0一C02+[C] 甲酰胺热分解气比尿素热分解气活性小，因此用甲酰胺作渗剂时，工件表面无明显的化合物层形成，渗层韧性较好，也不产生炭黑，工件表面光亮，适合于高速钢刀具的氮碳共渗处理。为增加渗剂活性，可将尿素溶入甲酰胺，此共渗剂适合结构件和模具的氮碳共渗 三乙醇胺粘度大，流动性差，常采用乙醇稀释，三乙醇胺与乙醇混合后(体积比例为1-1)滴注炉内，但这种渗剂容易产生炭黑。 (3)氨+渗碳气 渗碳气可采用吸热式气体、放热式气体等。采用吸热式气体与氨气 的混合气体进行氮碳共渗时，两种气体体积比例为l：1，混合气的露点为0℃，在570℃进行共渗可取得良好的共渗效果。本方法适合于批量生产使用，但设备费用较高。 另外还可采用通氨滴醇(甲醇或乙醇)的方法进行氮碳共渗，甲醇和乙醇在共渗温度下热分解，提供活性碳原子。如果以甲醇热分解气为渗碳气，甲醇与氨的体积比例为2：8。 通氨气滴醇法的优点是氮、碳比例可在较宽范围内调节，设备简单，适应性强，并且明显比尿素氮碳共渗时产生的剧毒物氢氰酸(HCN)少，对环境污染较小。此外还可采用NH3+C02、放热式气体+NH3等进行氮碳共渗。 P o w e r B a r 中国专业PPT设计交流论坛 50％～60％NH3+40％～50％C3H8，或以CH4代C3H8 氨与烷类气体为 介质 50％NH3+50％Nx一Rx气，Nx一Rx的成分约为20％H2，20％C0及60％N2 放热一吸热式气 氛与氨为介质 排气口HCN含量为20ppm(约3m9／m3)。Nx气的成本约为Rx气的70％ 50％～60％NH3+40％～50％Nx气，Nx气含≤l0％C02，5％C0，1％H2，N2 (余量，85％) 放热式可控气氛 (Nx)与氨为介质 废气中剧毒的HCN可高达620ppm(620ml／m3)，排气口点燃也不可能达到0.3mg／m3的排放标准 50％NH3+50％Rx气，Rx气含32％～40％H2，20％～24％C0，≤l％C02，N238％～43％ 吸热式可控气氛 (Rx)与氨为介质 备 注 渗剂成分／％ 类别 添加氮气有助于提高氮势和碳势 40％～95％NH3+5％C02+0～55N2 以氨、二氧化碳 为介质， 添加或不加氮气 耐蚀性明显提高 50％～60％NH3+40％～50％Nx气共渗后在300～400℃氧化 放热气氛与氨 为介质， 加后处理 预热在空气炉中进行，可减小变形 形成的氧化膜有助于提高共渗速率 50％～60％NH3+40％～50％Nx气，氮碳共渗前先在350℃左右预氧化 放热气氛与氨 为介质， 加前处理 通过螺杆式送粉器将尿素加 入马弗炉中 100％(NH2)2CO (NH2)200加n+2H2+ZEN] 尿素为介质 以CH30H代C2H50H则 NH3流量酌减 NH3+C2H50H 氨与醇为