烟台氮化处理工艺控制常见问题探因与解决之道

一、氮化层硬度相关问题

1.问题：氮化层硬度低

•探因

◦氮化温度可能过低，导致氮原子扩散速度慢，渗入零件表面的氮量不足，不能形成足够高硬度的氮化物相。

◦氨分解率过高，使得活性氮原子数量减少。例如在离子氮化中，如果射频功率不足，也会影响氮原子的产生和注入，从而降低氮化层硬度。

◦零件表面预处理不达标，如脱脂不彻底、存在氧化皮等，会阻碍氮原子向零件内部扩散，影响氮化层硬度。

•解决之道

◦根据零件材质和工艺要求，适当提高氮化温度。但要考虑材质的耐热性等因素，一般在合理范围内（如对于某些钢种，将氮化温度提高510℃进行试验）。

◦调整氨分解率到合适范围，通常软氮化的氨分解率在15%30%。对于离子氮化，检查和调整射频功率，确保其能产生足够数量的活性氮原子。

◦加强零件表面预处理，采用合适的脱脂方法（如有机溶剂脱脂、碱性脱脂等），并进行彻底的除氧化皮处理，如酸洗或机械打磨后再进行碱洗等。

2.问题：氮化层硬度不均匀

•探因

◦零件装炉方式不当，形状复杂的零件可能在炉内受热和氮化气氛分布不均匀。例如，一些深孔或凹槽部位可能得不到充分的氮化。

◦氮化炉内的气氛循环不均匀，如气体入口和出口布局不合理，导致不同位置的氮化层生长速度不同。

•解决之道

◦优化零件装炉方式，对于复杂形状零件可采用特殊的工装夹具，如将零件倾斜放置或采用旋转装置，使零件各部位均匀受热和接受氮化气氛。

◦改善氮化炉内的气氛循环，合理设置气体入口和出口的位置和数量。可以采用多方向进气和出气的方式，并且在炉内设置搅拌装置，如气体搅拌器或机械搅拌桨（对于大型氮化炉的液态介质辅助搅拌等情况），使气氛均匀分布。

二、氮化层组织相关问题

1.问题：氮化层化合物层过厚

•探因

◦氮化温度过高或者氮化时间过长，促使氮化物相过度生长。例如，在气体氮化中，高温下氮原子扩散快，长时间作用会使化合物层不断增厚。

◦氨气流量过大，使得零件表面氮浓度过高，有利于化合物层的快速生长。

•解决之道

◦调整氮化温度和时间，根据零件的具体要求，通过试验确定合适的温度和时间组合。如果已经出现化合物层过厚的情况，可以适当降低温度和缩短时间进行返修。

◦控制氨气流量，根据零件的材质、尺寸和氮化要求，精确调节氨气流量。可以采用流量控制器，并结合氨分解率的监测来调整氨气流量。

2.问题：氮化层组织疏松

•探因

◦零件表面清洁度差，在氮化过程中杂质混入氮化层。例如，零件表面的油污在氮化时分解产生气体，影响氮化层的致密性。

◦氮化过程中的冷却速度不当，过快或过慢都可能导致组织疏松。如在一些情况下，快速冷却时氮化层中的原子来不及充分排列，形成疏松结构。

•解决之道

◦提高零件表面清洁度，在氮化前进行严格的清洗工序，采用多道清洗方法，如先有机溶剂清洗，再碱洗、酸洗，最后进行彻底的漂洗和干燥。

◦优化冷却速度，根据零件的材质和氮化层的要求，确定合适的冷却方式。可以采用分级冷却的方式，先在较高温度下进行缓慢冷却，然后在较低温度下进行快速冷却，以获得致密的氮化层组织。

三、工艺操作相关问题

1.问题：氮化炉密封不好

•探因

◦炉门密封结构设计不合理或者密封件老化、损坏。例如，炉门的橡胶密封垫在长期高温和频繁开合下容易损坏。

◦炉体的连接部位存在缝隙，如管道接口、炉体拼接处等没有密封好。

•解决之道

◦改进炉门密封结构，采用高质量的密封件，如耐高温、耐腐蚀的硅胶密封垫，并且定期检查和更换密封件。

◦对炉体的连接部位进行密封处理，采用密封胶或者专门的密封结构，如焊接密封或者安装密封垫片等，定期检查这些部位的密封情况。

2.问题：氨分解率控制不稳定

•探因

◦氨气供应系统不稳定，如氨气瓶压力波动、氨气管道堵塞等。

◦氨分解率检测装置不准确，可能存在校准偏差或者仪器故障。

•解决之道

◦确保氨气供应系统稳定，采用稳定的氨气供应源，如氨气发生器代替氨气瓶，并且在氨气管道上安装稳压装置和过滤器，防止管道堵塞。

◦定期校准氨分解率检测装置，采用标准的检测方法对检测装置进行校准，如采用化学滴定法与仪器检测对比校准，并且及时维修故障仪器。