自20世纪初开始使用的表面硬化技术th20世纪以来,氮化钢一直是一种有效的方法低温热处理对于长度超过工程师和冶金学家完全理解的工件。
它的吸引力在于能够通过将氮溶解到零件表面而使零件硬化,而不发生奥氏体化,从而几乎消除了变形的风险。这为改进不断扩大的零件种类打开了大门。随着工程师们意识到该技术在各种各样的零件和行业中都是有效的,它的受欢迎程度也越来越高。

氮化钢的起源

冶金学家阿道夫·马克莱特氮化1906年的偶然事件。那一年,他申请了一项专利,该专利要求用氨代替熔炉中的空气,以避免钢件氧化。在他发出专利申请后不久,他注意到在氨气氛中高温处理零件会在极难腐蚀或失去光泽的零件周围形成“表皮、外壳、外壳或涂层”。
同样在1906年,德国冶金学家阿道夫·弗莱(Adolph Fry)领导了一项研究计划,在该计划中,他取得了马克利特的相同发现。他还注意到,向铁中添加合金元素会严重影响渗氮的结果。
Machlet在美国的氮化专利于1913年和1914年获得批准;Fry于1924年在德国获得了该工艺的专利。

工作原理

渗氮钢的过程首先是在熔炉中将零件加热到相对较低的温度(950到1100华氏度,取决于零件的预期用途),而不是其他温度热处理方法. 在这些低温下,铁仍保持铁素体相,不会发生改变铁结构的变化。
但温度高到足以使注入炉中的氨分子在接触工件时分解。这种分解释放出溶于铁的氮原子。在零件表面形成氮和铁的复合层,形成提高零件硬度和韧性的外壳。
与使用其他热处理相比,渗氮钢的一个优点是,现代渗氮设备允许精确注入氨,以实现不同的外壳深度。另一个原因是,零件是自由冷却的,而不是快速冷却淬火,这一过程进一步限制了失真的风险。
该工艺的精度使得零件的预期质量可以在一个步骤中实现;它们不需要通过回火软化到规格。

人气日益提高

由于渗氮钢工件具有优异的表面质量和最小的变形风险,因此该工艺已成为各种行业零件的主要处理方法:

  • 汽车零件制造商选择对齿轮、曲轴和阀门零件进行氮化处理,因为该工艺会在零件表面形成硬扩散层。增加的疲劳强度可防止表面和次表面裂纹的形成。
  • 渗氮已成为工具钢和锻模制造商的一种有吸引力的热处理选择,因为它能提供临界表面硬度,而不会伴随高温处理而产生变形的风险。
  • 枪械氮化物部件(如枪管和滑道)的制造商,因为该工艺降低了摩擦系数,提高了耐磨性和疲劳强度,并提供了适度的腐蚀控制。

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