【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 r、 Mo、 Al、Ti、 V的中碳鋼。 常用鋼號(hào)為38CrMoAl。 氮化溫度為 500570℃ 氮化層厚度 。 井式氣體氮化爐 常用氮化方法 氣體氮化法與離子氮化法。 氣體氮化法與氣體滲碳法類(lèi)似，滲劑為氨。 離子氮化法是在電場(chǎng)作用下，使電離的氮離子高速?zèng)_擊作為陰極的工件。與氣體氮化相比，氮化時(shí)間短，氮化層脆性小。 離子氮化爐 根據(jù) FeN相圖，氮溶入鐵素體和奧氏體中，與鐵形成 γ ’相 (Fe4N)和 ε 相 (F23N)，也溶解一些碳。所以滲氮后；工件最外層是白色 ε 相或 γ ’ 相，次外層是暗色 γ ’ + α 共析體層。 (2)高溫滲氮 高溫滲氮是指滲氮溫度高于共析轉(zhuǎn)變溫度(600℃ ～ 1200℃) 下進(jìn)行的滲氮。 主要用于鐵素體鋼、奧氏體鋼、難熔金屬 (Ti、Mo、 Nb、 V等 )的滲氮。 2．各種材料滲氮 (1)結(jié)構(gòu)鋼滲氮 任何珠光體類(lèi)、鐵素體類(lèi)、奧氏體類(lèi)以及碳化物類(lèi)的結(jié)構(gòu)鋼都可以滲氮。 (2)高鉻鋼滲氮 氮化的特點(diǎn)及應(yīng)用 ⑴ 氮化件表面硬度高（ HV10002024），耐磨性高。 ⑵ 疲勞強(qiáng)度高。由于表面存在壓應(yīng)力。 氮化層組織 38CrMoAl氮化層硬度 ⑶工件變形小。原因是氮化溫度低，氮化后不需進(jìn)行熱處理。 ⑷ 耐蝕性好。因?yàn)楸韺有纬傻牡锘瘜W(xué)穩(wěn)定性高。 氮化的缺點(diǎn)：工藝復(fù)雜，成本高，氮化層薄。 用于耐磨性、精度要求高的零件及耐熱、耐磨及耐蝕件。如儀表的小軸、輕載齒輪及重要的曲軸等。 縫紉機(jī)用氮化件 經(jīng)氮化的機(jī)車(chē)曲軸 四、滲金屬 滲金屬方法是使工件表面形成一層金屬碳化物的一種工藝方法，即滲入元素與工件表層中的碳結(jié)合形成金屬碳化物的化合物層，如 (Cr、 Fe)7CVC、 NbC、 TaC等，次層為過(guò)渡層。 此類(lèi)工藝方法適用于高碳鋼，滲入元素大多數(shù)為 W、Mo、 Ta、 V、 Nb、 Cr等碳化物形成元素。為了獲得碳化物層，基材的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)必須超過(guò) ％。 一、等離子體的物理概念 等離子體是一種電離度超過(guò) ％的氣體，是由離子、電子和中性粒子 (原子和分子 )所組成的集合體。 等離子體整體呈中性，但含有相當(dāng)數(shù)量的電子和離子，表現(xiàn)出相應(yīng)的電磁學(xué)等性能，如等離子體中有帶電粒子的熱運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散，也有電場(chǎng)作用下的遷移。 等離子體是一種物質(zhì)的能量較高的聚集狀態(tài)，被稱(chēng)為物質(zhì)第四態(tài)。 利用粒子熱運(yùn)動(dòng)、電子碰撞、電磁波能量法以及高能粒子等方法可獲得等離子體，但低溫產(chǎn)生等離子體的主要方法是利用氣體放電。 等離子體表面處理 離子轟擊陰極表面時(shí)將發(fā)生一系列物理、化學(xué)現(xiàn)象，包括： ：中性原子或分子從陰極表面分離出來(lái)的 (也可看作蒸發(fā)過(guò)程 )現(xiàn)象； ：陰極濺射出來(lái)的粒子與靠近陰極表面等離子體中活性原子結(jié)合的產(chǎn)物吸附在陰極表面的現(xiàn)象； ； 局部區(qū)域原子擴(kuò)散和離子注入等現(xiàn)象。 二、離子滲氮 ?輝光離子滲氮又稱(chēng)離子滲氮，是一種在壓力低于 105 Pa的滲氮?dú)夥罩?，利用工?(陰極 )和陽(yáng)極間稀薄含氮?dú)怏w產(chǎn)生輝光放電進(jìn)行滲氮的工藝。 ?即在電場(chǎng)作用下，使電離的氮離子高速?zèng)_擊作為陰極的工件。與氣體氮化相比，氮化時(shí)間短，氮化層脆性小。 ?這種技術(shù)用于結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、耐熱鋼的滲氮，并由黑色金屬發(fā)展到有色金屬滲氮，特別在鈦合金滲氮中取得良好效果。 (一 ) 離子滲氮的主要特點(diǎn) (1)離子滲氮速度快 尤其淺層滲氮更為突出。例如，滲氮層深度為— ，離子滲氮的時(shí)間僅為普通氣體滲氮的 1／ 3 l／ 5。 ?提高表面氮濃度，加快氮向試樣內(nèi)部擴(kuò)散。 ?陰極濺射產(chǎn)生表面脫碳，增加位錯(cuò)密度等，加速了氮向內(nèi)部擴(kuò)散的速度。 (2)熱效率高，節(jié)約能源、氣源。 (3)滲氮的氮、碳、氫等氣氛可調(diào)整控制，可獲得 5μm — 30μm 深的脆性較小的 ε 相單相層或≤8μm 厚的韌性 γ 相單相層，也可獲得韌性更好的無(wú)化合物的滲氮層。 (4)離子滲氮可使用氨氣，壓力很低，用量極少 ,所以污染低，勞動(dòng)條件好。 (5)離子滲氮溫度可在低于 400℃ 以下進(jìn)行，工件畸變小。 (6)可用于不銹鋼、粉末冶金件、鈦合金等有色金屬的滲氮。 (7)由于設(shè)備較復(fù)雜，投資大，調(diào)整維修較困難，對(duì)操作人員的技術(shù)要求較高。 (二 )離子滲氮的設(shè)備和工藝 1．離子滲氮的設(shè)備 2．離子滲氮的工藝 近年來(lái)，金屬材料表面改性處理新技術(shù)得到了迅速發(fā)展，開(kāi)發(fā)出許多新的工藝方法，這里只介紹主要的幾種。 三束表面改性技術(shù) 是指將激光束、電子束和離子束 (合稱(chēng)“三束” )等具有高能量密度的能源 (一般大于 103W/cm2)施加到材料表面，使之發(fā)生物理、化學(xué)變化，以獲得特殊表面性能的技術(shù)。 激光束加工 電子束加工 等離子束加工 進(jìn)行 快速加熱和快速冷卻 ，使表層的結(jié)構(gòu)和成分發(fā)生大幅度改變（如形成微晶、納米晶、非晶、亞穩(wěn)成分固溶體和化合物等），從而獲得所需要的特殊性能。 ? 束流技術(shù)還具有能量利用率高、工件變形小、生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)。 ? 由于這些束流具有極高的能量密度，可對(duì)材料表面 離子束濺射系統(tǒng) 激光表面處理是高能密度表面處理技術(shù)中的一種主要手段。在一定條件下它具有傳統(tǒng)表面處理技術(shù)或其他高能密度表面處理技術(shù)不能或不易達(dá)到的特點(diǎn)，這使得激光表面處理技術(shù)在表面處理的領(lǐng)域內(nèi)占據(jù)了一定的地位。 7－ 5 激光表面處理 激光表面處理的目的： 改變表面層的成分和顯微結(jié)構(gòu)，從而提高表面性能，以適應(yīng)基體材料的需要； 激光表面處理工藝： 激光相變硬化、激光熔覆、激光合金化、激光非晶化和激光沖擊硬化等； 激光表面處理的許多效果是與快速加熱和隨后的急速冷卻分不開(kāi)的： 加熱和冷卻速率可達(dá) 106 ℃ ／ s ～ 108 ℃ ／ s； 應(yīng)用：目前，激光表面處理技術(shù)已用于汽車(chē)、冶金、石油、機(jī)車(chē)，機(jī)床、軍工、輕工、農(nóng)機(jī)以及刀具、模具等領(lǐng)域，并正顯示出越來(lái)越廣泛的工業(yè)應(yīng)用前景。 一、激光的特點(diǎn) (1)高方向性： (2)高亮度性： 激光器發(fā)射出來(lái)的光束非常強(qiáng)，通過(guò)聚焦集中到一個(gè)極小的范圍之內(nèi)，可以獲得極高的能量密度或功率密度， 聚集后的功率密度可達(dá) 1014 W／ cm2， 焦斑中心溫度可達(dá)幾千度到幾萬(wàn)度，只有電子束的功率密度才能和激光相比擬。 (3)高單色性： 二、激光表面處理設(shè)備 激光表面處理設(shè)備包括激光器、功率計(jì)、導(dǎo)光聚焦系統(tǒng)、工作臺(tái)、數(shù)控系統(tǒng)和軟件編程系統(tǒng)。 CO2氣體激光器 目前工業(yè)上用來(lái)進(jìn)行表面處理的激光器，大多為大功率 C02激光器。 C02激光器是目前可輸出功率最大的激光器，效率高達(dá) 33％。比較實(shí)用的多為 ～ 5kW左右。 : C02氣體激光器是以 CO2氣體為激活媒質(zhì)，發(fā)射的是中紅外波段激光，波長(zhǎng)為 。一般是連續(xù)波 (簡(jiǎn)稱(chēng)CW)，但也可以脈沖式地工作。其特點(diǎn)是： ①電一光轉(zhuǎn)換功率高，理論值可達(dá) 40％，一般為 10％ 20％。其他類(lèi)型的激光器如纖寶石的僅為 2％。 ②單位輸出功率的投資低。 ③能在工業(yè)環(huán)境下，長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)穩(wěn)定工作。 ④易于控制，有利于自動(dòng)化。 (1)激光束加熱金屬的過(guò)程 激光束向金屬表面層的熱傳遞，是通過(guò)“逆韌致輻射效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的。 由于光子能穿過(guò)金屬的能力極低 (僅為 104mm的數(shù)量級(jí) )，故僅能使其極表面的一薄層溫度升高。 由于導(dǎo)帶電子的平均自由時(shí)間只有 103s左右，因此這種熱交換和熱平衡的建立是非常迅速的。從理論上分析，在激光加熱過(guò)程中，金屬表面極薄層的溫度可在微秒(106s)級(jí)、甚至納秒 (109s) 級(jí)或皮秒 (1012s