氮化对零件尺寸的影响及防治对策.pdf

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1、氮化对零件尺寸的影响及防治对策一、“肿胀”的本质离子氮化后零件的“肿胀”实际上是零件尺寸变化的一种表现形式。尺寸变化是由于氮化时工件表面吸收了大量的氮原子，生成各种氮化物或工件表层原始组织的晶格常数增大所致，宏观上则表现为表层体积的略微增加。氮化后零件的“肿胀”是一种普遍现象。各种氮化方法（气体氮化、液体氮化和离子氮化）处理后的零件或多或少总会存在一定的“肿胀”。但应该说明的是：离子氮化后零件的“肿胀量”较其它氮化方法要小。这是因为：离子氮化中的“阴极溅射”有使尺寸缩小的作用，因而抵消了一部分氮化“肿胀量”。二、影响“肿胀”的

2、因素氮化后尺寸的胀大量取决于零件表层的吸氮量。因而，影响吸氮量的因素均是影响“肿胀”的因素。影响“肿胀”的因素主要有：材料中合金元素的含量、氮化温度、氮化时间、氮化气氛中的氮势等。材料中合金元素含量越高，零件氮化后的“肿胀”越大。氮化温度愈高、氮化时间愈长，零件氮化后的“肿胀”愈大。氮化气氛的氮势越高，零件氮化后的“肿胀”愈大。三、“肿胀”的防治办法1、减小“肿胀”的方法①根据工件的服役条件，正确选用材料。避免因追求工件性能而盲目使用“好”材料（高合金钢）的现象。②根据工件的服役条件，提出合理的氮化要求，避免片面追求氮化层深度

3、和硬度的现象。③正确做好氮化前的预先热处理工作和“稳定化”处理，预先热处理工艺参数的制定必须正确，操作必须合理。对形状复杂的零件，在最终精加工前必须进行一次或几次“稳定化”处理。④在工艺允许的前提下，适当降低氮化温度，缩短氮化时间。⑤在保证氮化层性能的前提下，调整氮化气氛。⑥合理装炉，确保同炉工件温度的均匀性。2、“肿胀”规律，省去氮化后的再次加工一般说来，在选材、工艺制定正确的前提下，如能合理装炉，正确操作，则工件的“肿胀”是有一定规律的。掌握了“肿胀”的规律后，即可在氮化处理前的最后一道加工工序中根据“肿胀”量使工件尺寸处

4、于负偏差，工件经氮化处理后尺寸可正好处于要求的尺寸公差范围内，因而可省去氮化后的再次加工。我们引进的法国舍舍夫（SURSULF）工艺是HBF公司开发的一种表面处理工艺，在565±5℃工作温度下，由硫催化下的无公害低温盐浴氮化，卓越的渗氮能力使舍舍夫技术有效地解决钢和铸铁的磨损摩擦、疲劳、咬合及腐蚀的各种问题，具有无公害、更高的耐疲劳强度、耐磨性和表面硬度，变形极小，化合层完全由ε-氮化物组成，具有无脆化、氮化层均匀性极高。根据这些特点，我们制定活塞杆和十字头销氮化的新工艺技术要求如下：技术要求测试项目活塞杆十字头销旧工艺45~

5、55HRC57~67HRC表面硬度新工艺450±20HV580±20HV旧工艺26~32HRC140~160HB芯部硬度新工艺280±20HV150±20HV有效硬化旧工艺1.0~1.5mm1.0~1.5mm层深度新工艺0.2±0.05mm0.3±0.05mm为了阻止活塞杆两端的螺纹被氮化，我们专门制作了螺纹防护套加以防护。因活塞杆长度较长，常规的横放氮化易弯曲变形，我们改变了支承方式，在螺纹防护套上焊上了吊耳，将活塞杆单支垂直吊装在料架上，这样氮化后测定杆体的直线度、同轴度均满足图样要求。2、零件用材料的改变根据国外成熟经验

6、报道，采用舍舍夫低温盐浴氮化工艺处理的零件其耐腐蚀性特别优良，所以我们将无油润滑压缩机活塞杆用材料由原来的3Cr13改为45钢进行试验，并对不同材料不同热处理方式的两种活塞杆进行了72小时中性盐雾试验，试验结果如下表：盐雾试验时间热处理方式60h65h72h45钢低温盐浴氮化未发生腐蚀未发生腐蚀未发生腐蚀局部位置有小于3Cr13高频感应淬火未发生腐蚀未发生腐蚀0.5mm的黄斑。从上表可知，45钢经低温盐浴氮化后，其耐腐蚀性要优于3Cr13高频感应淬火活塞杆。3、零件工艺尺寸的调整为了得到精确的数据，验证舍舍夫氮化工艺处理后的零

7、件尺寸的变化，我们分别制作了直径、材料不同的多组试样进行试验，结果如下：直径尺寸mm材料牌号名义氮化前氮化后变化量Φ30+0.025+0.030+0.00545Φ50+0.032+0.036+0.004Φ65+0.01+0.015+0.005Φ30+0.02+0.024+0.00420CrΦ50+0.032+0.036+0.004Φ65+0.01+0.015+0.005从上表看出，氮化后的尺寸有0.004~0.005mm的膨胀，膨胀量不随零件直径的改变而变化，且碳素钢和合金钢的膨胀量基本相同。据此，我们适当调整了磨削工序的工艺

8、尺寸，确保氮化后零件的公差尺寸满足图样要求。