模具钢渗氮层金相分析

我们毕业啦其实是答辩的标题地方模具钢渗氮层金相分析第一部分模具钢渗氮工艺基础知识第二部分模具钢渗氮层的金相分析CONTANTS第一部分渗氮工艺基础知识模具钢渗氮工艺基础知识1、定义渗氮：是在一定温度下一定介质中使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺。常见的渗氮方式有：液体渗氮、离子渗氮、气体渗氮。气体渗氮：是把工件放入密封容器中，通以流动的氨气并加热，保温较长时间后，氨气热分解产生活性氮原子，不断吸附到工件表面，并扩散渗入工件表层内，从而改变表层的化学成分和组织，获得优良的表面性能。2、原理模具钢渗氮层的金相分析渗入钢中的氮由表及里与铁形成不同含氮量的氮化铁，同时与钢中的其它合金元素结合形成各类氮化物。这些氮化物具有很高的硬度、热稳定性和很高的弥散度，因而可使渗氮后的钢件得到高的表面硬度、耐磨性、耐腐蚀能力等。模具钢渗氮工艺基础知识模具钢渗氮层的金相分析铁和氮在不同的条件下可以形成五个相，如右图：①α相。氮在α-Fe中的间隙固溶体。②γ相。氮在γ-Fe中的间隙固溶体即含氮奥氏体。③γ’相。成分可变的间隙相。于680℃以上将发生分解，并溶于ε相中。④ε相。一种成分可变的氮化物，它是以氮化物Fe（2~3）N为基的固溶体。⑤ζ相。是以Fe2N化合物为基的间隙固溶体。性脆，在500℃以上转变为ε相。图中有两个共析反应：γ→α+Fe4N（γ’）；ε→γ+γ’模具钢渗氮工艺基础知识3、气体渗氮工艺气体渗氮分为三种：等温渗氮（一段氮化）、二段氮化、三段氮化。1）等温氮化：模具钢渗氮层的金相分析工艺路线：锻造→正（退）火→粗加工→调质→精加工→去应力退火→粗磨→氮化（→精磨）。38CrMoAl等温氮化工艺前20h是表面形成氮化物阶段,采用低氨分解率使表面迅速吸收大量氮原子并使表面形成弥散度大的氮化物提高表面硬度。第二阶段是表层氮原子向内扩散,增加渗层厚度.为了降低氮化层脆性,在氮化结束前2h进行退氮处理,使氮继续向内层扩散,以降低表面的氮浓度。等温氮化操作简单、变形小，但氮化时间长，生产效率低，且氮化后表面往往有“白亮层”产出，有时还有疏松层。模具钢渗氮工艺基础知识2）二段氮化：模具钢渗氮层的金相分析38CrMoAl二段氮化工艺第一阶段使工件表面形成弥散度高的氮化物。第二阶段加速氮在钢中的扩散，增加氮化层深度，在第二阶段稍提高温度，氮化物不会显著聚集长大，因此硬度下降不多，而且可使氮化层的硬度分布趋于平缓。优点：可在保证较高硬度的前提下缩短氮化时间，硬度梯度平缓，且可以减薄表面的白亮脆性化合物，因此在生产上广泛用于要求渗氮层较深的零件，如磨床主轴。模具钢渗氮工艺基础知识3）三段氮化：模具钢渗氮层的金相分析38CrMoAl三段氮化工艺三段氮化基于二段氮化，特点是提高第二阶段的温度来进一步缩短氮化速度，达到一定的氮化深度后再将温度降至相当于第一阶段的温度或稍高的温度继续氮化，使表层氮达到最佳浓度，而不致使表面硬度过低。缺点：工艺过程不太容易控制，尤其是在硬度和变形量方面容易出现超差，所以在生产应用上收到一定的限制。表面硬度：等温氮化二段氮化三段氮化渗氮层深度：三段氮化二段氮化等温氮化三种氮化工艺所得渗氮层比较：模具钢渗氮工艺基础知识模具钢渗氮层的金相分析RN2-25-6氮化炉第二部分渗氮层的金相分析GB/T11354-2005钢铁零件渗氮层深度测定和金相组织检验模具钢渗氮工艺基础知识模具钢渗氮层的金相分析1、渗氮层深度及渗氮层不均匀性(从表面至与基体组织有明显分界为止的距离为渗氮层深度）。1）硬度法采用维氏硬度，试验力规定2.94N(O.3kgf)，从试样表面测至比基体维氏硬度值高50HV处的垂直距离为渗氮层深度。2）金相法①镶样保护上下两渗氮面，即渗氮检测面截面为金相观察检测面；②预磨抛光并用4%硝酸酒精浅侵蚀（观察表面变色即可，如不清晰可重复侵蚀）；③置于显微镜上，用100×或者200×观察，上下渗氮层各拍取一张照片；④使用测量软件，每张照片测五个深度，需包括照片中的最大最小深度。模具钢渗氮工艺基础知识模具钢渗氮层的金相分析2、渗氮层氮化物检验将拍完渗氮层深度的样品放大至500×观察其扩散层氮化物，参照渗氮层氮化物级别图进行评定。级别氮化物级别说明1扩散层中有极少量呈脉状分布的氮化物2扩散层中有少量呈脉状分布的氮化物3扩散层中有较多呈脉状分布的氮化物4扩散层中有严重脉状和少量断纹网状分布的氮化物5扩散层中有连续纹网状分布的氮化物模具钢渗氮工艺基础知识模具钢渗氮层的金相分析3、白亮层检测（是指渗氮工件表层的ξ相、ε相和γ’相或其中的一相或两相所组成的化合物层，故又称为化合物层或化合层。因其不易为普通腐蚀剂所着色，在显微镜下呈白亮状态而得名。其可以提高零件的抗蚀性，但具有一定的脆性，容易造成表面剥落。）①将上一步样品放大至1000×，上下白亮层各拍取一张照片；②通过测量软件，每张照片各测取三个白亮层厚度。注：我们做模具钢渗氮层分析，不一定有白亮层存在，如没有实验过程中可省略这一步。模具钢渗氮工艺基础知识模具钢渗氮层的金相分析4、脆性等级①将完成上述三步的样品去掉镶样层，清洗渗氮面；②选取一个氮化面，在维氏硬度计上用10kgf，保荷时间为10s，随机打三个硬度点；③到显微镜下放大100×观察此三个硬度点，拍取三张照片并对照标准进行判级。级别渗氮层脆性级别说明1压痕边角完整无缺2压痕一边或一角碎裂3压痕二边或二角碎裂4压痕三边或三角碎裂5压痕四边或四角碎裂注：其中2点以上处于相同级别时，才能定级，否则，需重复测定1次。模具钢渗氮工艺基础知识模具钢渗氮层的金相分析5、显微硬度①选取一个粗糙度较小的渗氮面，将维氏硬度计设置力值为0.5kgf，保荷时间为15s；②每个试样打取三个硬度值，并做好记录。模具钢渗氮工艺基础知识模具钢渗氮层的金相分析5、检测中常见问题分析1）渗氮层不均匀主要原因有：装炉方式不合理；气压调节不当；渗氮处理期间温度不均匀；炉内气流不合理。2）出现脉状或网状氮化物其形成机理尚无定论，一般认为与合金元素在晶界偏聚及氮原子的扩散有关。因此，控制合金元素偏聚的措施均有利于减轻脉状氮化物的形成。工艺参数方面，渗氮温度越高，保温时间越长，越易促进脉状组织的形成，如工件的棱角处，因渗氮温度相对较高，脉状组织比其它部位严重得多。3）出现较厚白亮层经过研究与实践，表明白亮层的厚度随温度的升高和时间的延长而增加。而白亮层的相组成又与渗氮浓度有很大的关系。模具钢渗氮工艺基础知识模具钢渗氮层的金相分析4）渗氮层脆性太大产生的原因是：氨分解率过低，氮化温度偏低，退氮处理不当，工件表面有脱碳层，氨气水含量高造成脱碳等。补救的办法是进行一次退氮处理（在渗氮炉内加热560~570℃，保温3~5h，氨分解率控制在70%以上）。5）渗氮层硬度偏低造成硬度偏低的原因通常有：设备方面：如系统漏气造成氧化。材料方面：如材料选择不合理。前期热处理：如基体硬度太低，表面脱碳严重等。工件预处理不彻底：如进炉前的清洁方式及清洁度。工艺方面：如渗氮温度过高或过低，时间短或氮浓度不足等等。6）外观颜色有差别不同材质的零件经渗氮处理后表面颜色是略有区别的，零件出炉后首先用肉眼检查外观质量，钢件经渗氮处理后表面通常呈银灰（蓝黑色）色或暗灰色（蓝黑色），钛及钛合金件表面应呈金黄色。谢谢！拓展知识离子渗氮又称辉光渗氮，是利用辉光放电原理进行的。把金属工件作为阴极放入通有含氮介质的负压容器中，通电后介质中的氮氢原子被电离，在阴阳极之间形成等离子区。在等离子区强电场作用下，氮和氢的正离子以高速向工件表面轰击。离子的高动能转变为热能，加热工件表面至所需温度。由于离子的轰击，工件表面产生原子溅射，因而得到净化，同时由于吸附和扩散作用，氮遂渗入工件表面。与一般的气体渗氮相比，离子渗氮的特点是：①可适当缩短渗氮周期；②渗氮层脆性小；③可节约能源和氨的消耗量；④对不需要渗氮的部分可屏蔽起来，实现局部渗氮；⑤离子轰击有净化表面作用，能去除工件表面钝化膜，可使不锈钢、耐热钢工件直接渗氮。⑥渗层厚度和组织可以控制。离子渗氮发展迅速，已用于机床丝杆、齿轮、模具等工件。