关于模具软氮化的一些疑惑

danhuagongren

大家好！刚来这里，先给大家问好了！
我是学加热炉的，可是阴差阳错却搞上了模具氮化。以前在学校的时候学过一些金属材料方面的知识，理论的工艺也懂一些，但是在实际操作中还存在很多疑惑，在网上找了很厂时间，终于找到了这里，希望有高手能给予解答，本人不胜感激，如有机缘，当面致谢！
下面说一下我存在疑惑的地方，希望有高手能附以数据解释一下：

第一，在氮化时，不同温度的阶段，各种气体的流量多少是怎样确定多少的，具体的依据是什么？
第二，氮化时的炉内压力在各个阶段是怎样控制的，具体的依据是什么。
第三，在论坛上看到有人讲氮势，具体的含义是什么？在不同温度阶段应怎样控制。
第四，由于工作地方在辽宁，冬天较冷，那么请问气体的流量是否应做调整，应怎样调整。还有就是随着温度变化大，其他方面是否有需要    整的。
第五，模具的工作带表面在氮化前除了要干净外，是光滑点好，还是稍粗糙较好，因为之前看到有人说工作带不要抛光抛的太亮，影响渗层。
第六，氨气分解率应怎样控制，在各个温度段保持在多少最好。氨气分解率对于氮化层具体的影响有什么 。
暂时就想到这些问题，希望有高手能不吝指点，本人不胜感谢！

PS：没有付出没有回报，之前看到有人说氨气的味道大而且对人体有害，尤其是出炉时更是呛人，告诉大家一个解决办法，就是在炉冷到快出炉时，停止通氨气，改通氮气20分钟左右，可以将炉内的氨气充分排掉，这样就可以解决了。因为在后期通气体应该主要是做为保护气体，N2是属于惰性气体，在200度左右不能反应，可以做保护气 代替氨气，也许有很多人都是这样做的，我买弄一下啊 ，大家别见笑！！

[ 本帖最后由 danhuagongren 于 2007-11-17 14:18 编辑 ]

musachang

应找一本关于气体渗氮的书籍看一下。或热处理手册第一卷基础工艺（本论坛有）。一般都有详细介绍。

danhuagongren

谢谢老大的支持，谢谢musachang 的指点，同时也希望有实际经验师傅能帮我具体答疑一下，我想我想到的这些问题也应该是许多新手需要了解的问题

romberg2002

在材料一定的前提下，氮化工艺参数有四个，即气体比例、压力、温度、时间，流量是用来调整比例和压力的。这几个参数怎么确定，虽然有一些理论可以计算，但具体到生产实践却需要根据大量的实验结果来确定。压力和温度用来调整氮势（氮势这个词你可以从字面上理解，如果气体的氮势大于钢材里的氮势，那么氮原子就会往钢材里跑，就是渗氮。反过来氮就会向外跑，就是脱氮。氮势的大小跟氮原子的浓度以及钢材吸收氮原子的能力来确定，比如Nb、V、Ti、Cr会提高材料吸收氮原子的能力，而Ni会降低材料吸收氮原子的能力）。压力越大、温度越高，一般而言气体分解出氮原子的速度越快，而材料中氮原子的扩散速度越快。因此，气体和钢材的氮势相差越大，渗氮速度越快。但温度太高又会引起脱碳、晶粒粗大、设备要求过高等问题。而温度太低，气体和钢材的氮势相差太小，渗氮速度慢，导致设备长期被占用，生产效率地下。因此，温度和时间是一对矛盾的参数，相互制约，需要根据实验才能确定最佳的数值。

可以看出，这四个参数是相互制约的，任何一个参数都不能独立确定，都必须与其他参数一起进行综合考虑。同时，只考虑这四个参数也不行，成本也是必须考虑的因素。

材料表面的光洁度对渗氮也有影响，主要体现在有效接触面积上。就像人的肠道平铺起来有足球场那么大，所以能有效地消化食物一样，微观的凹凸会给氮原子更多接触材料的机会，从而渗入材料的速度也就大增。但也不能太粗糙，太粗糙的话，在随后的精加工中将加工掉更多的渗层，效果反而不好。

具体那个阶段应该多大压力、多少度、多长时间等等是非常具体的问题，需要具体分析，不能一概而论。过于具体反而会误导大家。根据这个基本知识，你可以自己去想各阶段应该怎么控制参数。

stephen.kk

氮化过程
一、氮化过程也同渗碳一样，有分解、吸收、扩散三个阶段。氮化的本质在于：氮化物以非常细小的硬质点分布在回火索氏体上，起到弥散硬化作用。
1、氨的分解：氮化不能在氮气中进行，因为分子状态的氮化学活性很小，不能被钢件吸收。一般用氨气作为渗剂，因为氨气分解出来的氮是原子状态，它具有较大的活性。在380以上分解。分解出来的活性氮原子部分被工件吸收，未被吸收的氮原子则结合成氮分子。
2、吸收：活性氮原子部分被工件吸收，溶入铁素体，在表面形成含氮量较高的铁素体，为向内扩散创造条件。
3、扩散：表层和里层存在浓度梯度，氮原子由表向里扩散，形成一定厚度的氮化层。
二、氮化的工艺参数。
1、温度。
      氮化后的硬度主要由氮化物的弥散度，即氮化物物质点的大小所决定。氮化温度越高，氮化物弥散度越小，氮化后硬度越低。当温度超过590，氮化物强烈的聚集和长大，表面硬度显著降低。但是，氮化温度太低，氮原子扩散慢，氮化时间势必很长。
氮化是最后热处理，为了保证尽量小的变形量，氮化温度应适当低些。
氮化温度500-530为宜。
2、氮化时间
       氮化保温时间与氮化层厚度，氮化用材，氮化温度等因素有关。
3、氨气分解率。
      是很重要的工艺参数。实际测得的氨气分解率表示在一定温度下，分解出来的氮、氢混合气体占炉气（主要是未分解的氨气和分解出来的氮、氢气体）体积的百分比，近似的表示炉内氨气的分解程度。
钢件的氮化是在氨的分解气体中进行的，所以氨气分解率对钢件吸收的氮量和氮化层性能有重大影响。
当氨气分解率为20-40%时，活性氮原子多，表面吸收的最大。当分解率超过70%，炉气中氢浓度很高，吸附在零件表面，从而影响氮化，使表面氮浓度降低，氮化硬度下降，厚度减少。为了获得满意的结果，氮化过程中必须严格控制分解率。
氨气分解率的大小取决于氮化温度、氨气流量和进排气压力以及工件的氮化表面有无催渗剂等因素。
当氮化温度一定时，氨气流量越大，氨气分解率越低；氨气流量越小，分解率越大。
因此，在氮化保温过程中，必须经常调节氨气流量将氨气分解率控制在合适范围内。
若延长氨气在炉内停留时间，可使分解率增大，如在退氮处理时，可先将排气管关闭，再断绝氨气，氨气分解率可达到100%。
氨气流量一定时，氮化温度提高，则分解率增大。
工件装炉量增多（表面积增大），氨气分解率增加，因为钢件起到加速氨气分解的触媒作用。
氮化罐的表面如果有氧化铁皮，则它起到氨气合成氨反应的催化作用，即分解的逆反应，降低氨分解率。
氮化罐多用1Cr18Ni9Ti，这种炉罐使用10-20炉，其表面会起到触媒作用，使氨气分解率提高，甚至达到无法控制，故炉罐使用一定程度，要作退氮处理。
在氮化工艺中，前一阶段用较低的分解率（18-25%）这是为了工件表面迅速吸收大量氮原子，建立高浓度，为以后氮原子向内扩散提供高的浓度梯度；并使工件表面形成弥散度大，硬度大的氮化物，有利于提高工件硬度。若氨气分解率大于30%，则表面硬度会降至900HV（指38CRMOAl）以下，第二阶段是氮原子向内扩散，可用较高的分解率（30-40%）。为了降低脆性，可在氮化结束前进行2小时退氮处理，以降低表面氮浓度。
第一阶段温度一般为500-510度，氨气分解率18-25%，目的使工件表面形成弥散度大，硬度大的氮化物，但因温度低，氮的扩散较慢，所以氮化层厚度不大。第二阶段温度较高，530-550度，氨气分解率也较高，40-60%。目的在于加速氮在钢中扩散，加大厚度。温度虽然升高，弥散的氮化物虽然发生聚集、粗化，但尚不显著，硬度下降不多。

danhuagongren

对于大家的解答，我深表感谢，你门(们)辛苦了！