|
一、前言：
众所周知，辉光离子氮化具有渗速快、渗层组织易控制、脆性小、变形小、无公害、节约能源的优点。经离子氮化处理后的零件，表面硬度高、耐磨性好。且耐蚀性及疲劳强度都有较大提高。根据康明斯国产化图纸的技术要求，我们对EQ1141型柴油机上的转向机驱动环及油泵通道板进行了离子氮化处理。经过武汉市等离子体技术研究所的技术人员和东风汽车公司技术中心热处理室的共同努力，两种零件都达到美国康明斯技术要求。
二、零件简介：
EQ1141 柴油机汽车的主机油泵通道板及驱动环的材料为20钢、厚度3mm的冲压件，零件外型见相片（图1）驱动环，（图2）通道板。 （图片） 三、零件软氮化的技术要求：
1、通道板：20钢。
氮化层深：＞0.25mm；化合物层：＞0.007mm；
表面硬度：＞HV5210；不平度：（氮化前、后相对值Max＜0.02mm）。
2、驱动环：20钢。
氮化层深：0.25-0.40mm；化合物层：0.007-0.016mm。
四、离子软氮化试验设备及试验方法：
1、验设备：使用武汉市等离子体技术研究所生产的LD-75型辉光离子氮化炉（图3）。（图片） 1、装炉方式：
使用武汉市等离子体技术研究所设计的专用挂具，采用悬挂式装炉。见（图4、图5）。（图片） 2、试验方法：
(1).氮化前基体硬度：驱动环HV5200；通道板HV5150。
(2).工艺参数：离子软氮化（N/C共渗）。
气 体：NH3/C3H8。
保温时间：3h。
冷却方法：随炉冷却。表一、驱动环
| 炉次 | 1 | 2 | 3 | 4 | | 温度（℃） | 540 | 560 | 580 | 600 | | 气体流量 | NH3l/min | 1-1.3 | 1-1.2 | 1-1.2 | 1-1.2 | | C3H8l/min | 2-3 | 3-4 | 1-2 | 7 | | 炉内压强（Pa） | 1000-2000 | 800-2100 | 1800-2100 | 1800-2100 | | 表面硬度（HV5） | 315 | 340 | 345 | 338 | | 渗层深度（mm） | 0.20 | 0.25 | 0.30 | 0.30 | | 化合物厚度（mm） | 0.005-0.01 | 0.007-0.01 | 0.008-0.013 | 0.010-0.020 |
表二、通道板
| 炉次 | 1 | 2 | 3 | 4 | | 温度（℃） | 540 | 560 | 580 | 600 | | 气体流量 | NH3l/min | 0.8-1 | 1-1.1 | 0.8-1 | 1-1.1 | | C3H8l/min | 10 | 5 | 5 | 6-7 | | 炉内压强（Pa） | 1600-1800 | 1600-1800 | 1600-1700 | 1500-1800 | | 表面硬度（HV5） | 230 | 245 | 264 | 252 | | 渗层深度（mm） | 0.40 | 0.45 | 0.50 | 0.50 | | 化合物厚度（mm） | 0.003-0.008 | 0.007-0.01 | 0.010-0.016 | 0.010-0.020 |
经康明斯公司气体氮化处理后驱动环的表面硬度为＞HV5210，氮化层深度＞0.25mm，化合物厚度≥0.007mm。通道板的表面硬度为＞HV5210，氮化层深度＞0.25mm，化合物厚度≥0.007mm。
五、试验结果分析：
1、离子软氮化渗层组织：
驱动环和通道板的金相组织见金相照片（图7）、（图8）图片试样的工艺580℃×3h组织从表面至心部依次为化合物层（图片中的白层），次表层（图片中的暗带），扩散层（图片中沿铁素体晶界析出的针状氮化物）及中部组织。与进口的驱动环金相组织相比见（图8）的金相组织一致。（图片） 由表一、表二可以看出，随着氮化温度的升高，氮化层深度增加，表面氮化物厚度也增加。
2、表面硬度：
由表中可以看出，硬度在560-580℃时，硬度比540℃和600℃时的硬度高。可见随着氮化温度的升高，硬度增加，但当温度进一步（＞580℃））时，硬度就会降低。
3、具其它资料介绍：
随着软氮化时间的增加，化合物层及扩散层也有所增加，硬度也有所提高。随着软氮化气压的增高，硬度有所提高（但增到一定值时，变化就不大了）硬度随着软氮化气氛中C/N的提高，化合物层有所增加，但提高到某一临界值时，化合物层中形成Fe3C，反而使化合物层减薄。
4、变形：
通道板和驱动环的平面及摆差变化都不大，max≤0.1mm，达到其技术要求。
六、结论：
1、根据通道板、驱动环的技术要求，这两种零件，适用的软氮化工艺范围：
| 温 度 | 保温时间 | 气 氛 | | 550-590℃ | 3-4h | NH3+少量C3H8 |
2、汽车零件通道板、驱动环，可以进行国产化离子软氮化加工。软氮化后的零件性能达到技术要求，完全可以取代美国康明斯引进的原。两种零件每年可以为国家节约外汇约一百万人民币。
七、参考资料：
1、《离子渗氮指导资料》机械工业部机床研究所。
2、《等离子体热处理技术》机械工业出版社。
武汉市等离子体技术研究所 周磊
东风汽车公司技术中心热处理室 胡光伟
6/30/2005
|
