滲氮熱處理時(shí) 氨分解率與滲氮結(jié)果的關(guān)系
關(guān)于氨分解率與滲氮結(jié)果之間的關(guān)系
1，冷氨氣進(jìn)入爐罐中，有兩種分解方式，一是受熱分解，一是觸媒分解。
邊受熱邊分解，分解的速度初期是很快的，當(dāng)氣體溫度與爐溫接近趨于一致后，氨分解的速度減慢下來(lái)，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，仍然以越來(lái)越低的速度的進(jìn)行分解。為了維持規(guī)定的氨分解率，就得連續(xù)不斷地通入適量的氨氣，以保證滲氮速度正常進(jìn)行。
當(dāng)?shù)獎(jiǎng)莩^(guò)該溫度下生成化合物的臨界值，經(jīng)一段時(shí)間，表面形成了化合物，有利于滲氮速度的加快。過(guò)高的氮?jiǎng)輰?duì)合金鋼來(lái)說(shuō)，只影響化合物的氮濃度（脆性） 和厚度，并不明顯影響其擴(kuò)散層的硬度值。對(duì)碳素鋼來(lái)說(shuō)，氨分解率對(duì)化合物層的硬度和厚度的明顯影響，是軟氮化工藝中的重要控制因素。
如果停止通氨氣，氨分解率會(huì)越來(lái)越高。爐氣的氮?jiǎng)萏土?，已?jīng)形成的鋼表面高濃度 （化合物相） 狀態(tài)不能繼續(xù)維持，滲氮速度大幅度下降，但因滲層具有濃度差，仍有向內(nèi)部擴(kuò)散的能力。與此同時(shí)，化合物層中氮濃度也會(huì)慢慢降低，致密的化合物層將發(fā)生碎化；化合物層很薄時(shí)，可以局部或完全分解（消失）。
2，在既定爐溫下，爐罐內(nèi)各處的實(shí)際分解率值是不一樣的，氨氣的進(jìn)氣口和排氣口、爐罐的下部中部和上部、導(dǎo)風(fēng)套外面與里面都有差別，差別的大小取決于風(fēng)機(jī)的循環(huán)能力和氣體的走向、零件裝爐狀態(tài)、爐壓大小以及爐子的結(jié)構(gòu)等多方面的因素。
我們所測(cè)到的氨分解率（氮?jiǎng)葜担?只是排氣口或氫探頭插入部位的數(shù)據(jù)。
爐罐內(nèi)循環(huán)的氣體實(shí)際上是新鮮氨氣及其快速分解氣與存留氨氣及其緩慢分解氣的混合物，并且呈動(dòng)態(tài)不斷變化。所幸的是，只要爐氣的氮?jiǎng)葜党^(guò)該溫度下生成化合物的臨界氮?jiǎng)?，爐罐內(nèi)各部的氨分解率有一些差別并不明顯影響滲氮擴(kuò)散層的深度和硬度結(jié)果。例如，在520℃同條件下滲氮，氨分解率分別為20％和35％，獲得的滲氮深度、硬度和金相組織看不出有什么差別。
3，氨氣流過(guò)鋼表面發(fā)生分解產(chǎn)生活性氮離子的滲氮機(jī)理已經(jīng)被公認(rèn)，氨分解率和新鮮氨氣流刷過(guò)零件表面的速度決定著滲氮的能力。
有時(shí)候，在氨流量較小的情況下，氨分解率較低并已經(jīng)符合工藝要求值，但結(jié)果沒(méi)有出現(xiàn)滲氮層，是由于氨氣刷過(guò)零件表面的速度不夠。這種情況下的氮?jiǎng)葜?，通常稱為 ‘虛氮?jiǎng)荨?。為了具有一定高速的氨氣流，每一臺(tái)爐子都有一個(gè)最低通氨量。
零件的裝爐狀態(tài)要仔細(xì)考慮，力求氣流分布均勻并到達(dá)零件的所有滲氮表面，避免氣體短路、堵塞和死角，從而防止有可能出現(xiàn)同爐零件或同一零件上滲氮層不均勻的現(xiàn)象。
在實(shí)施少（無(wú)）化合物層的滲氮時(shí)，要求氣體滲氮能力比較小，氮?jiǎng)菰O(shè)定等于或略低于該溫度下的門(mén)檻值 （或臨界氮?jiǎng)荩?。這時(shí)，既要減小氨氣的流量，又要保證刷過(guò)零件表面的氣體有足夠高的速度，就得使用添加沒(méi)有滲氮能力的氨分解氣，或者氮?dú)鈦?lái)稀釋氨氣，同時(shí)使總通氣量保持一個(gè)足夠高的水平。這就是通常稱謂為的 ‘可控氮化’ 法。
4，氨氣的觸媒分解也是一個(gè)值得高度關(guān)注的問(wèn)題。
氨氣刷過(guò)零件表面，零件表面有觸媒作用，可產(chǎn)生比較多的活性氮離子，對(duì)滲氮結(jié)果很有好處。零件表面的粗糙度大些，有利于氣體在鋼表面略微滯留，可以逮住更多一些活性氮離子；粗糙度過(guò)低，太光滑，氣體的滯留性差，反而難以氮化。
加工表面通常取 Ra 0.4、0.8、1.6 比較適宜。零件表面的清理很重要，是獲得高質(zhì)量滲氮層的必要條件，這方面是各有招數(shù)，有好多的故事。表面預(yù)氧化、磷化、納米化是當(dāng)前應(yīng)用上效果顯著的幾種處理方法。
氨氣的觸媒分解的有害作用，也是令人頭痛的問(wèn)題。普通的奧氏體不銹鋼爐罐及其爐內(nèi)結(jié)構(gòu)件，在工作期間，也會(huì)被滲氮，被滲氮的表面對(duì)氨氣分解有更強(qiáng)的觸媒作用，使氨分解率升高。表面滲氮濃度越高，觸媒作用越顯著。
隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng)，同一溫度下，氨分解率將越來(lái)越高，為維持既定的氨分解率，只得跟隨著加大通氨量，耗氨氣量急劇增加，最后導(dǎo)致失控。通常叫爐罐 ‘老化’ 。便宜沒(méi)有好貨，盡管?chē)?guó)人想了好些方法解決這個(gè)問(wèn)題，如，加熱退氮、酸洗、涂料防護(hù)等，效果是有的，仍然還是不盡人意。采用鎳基合金制作爐罐是當(dāng)前穩(wěn)定氨分解率最好的措施，只是價(jià)格比較昂貴。
A，氨分解率是溫度、時(shí)間和壓強(qiáng)的函數(shù)，隨溫度升高，時(shí)間增長(zhǎng)而升高，隨壓強(qiáng)的升高而下降。有針對(duì)性的專(zhuān)用表達(dá)公式本人眼下沒(méi)有找到，但可以看到氨分解率變化曲線的方向和趨勢(shì)。如果非得要確定氨分解從哪個(gè)溫度點(diǎn)開(kāi)始，那還要看壓強(qiáng)高低，同一溫度下，壓強(qiáng)高，分解率低，甚至趨近于零，反之亦然。高壓強(qiáng)下，氨氣不但不分解，還可以轉(zhuǎn)化為合成，也就是說(shuō)，在既定壓強(qiáng)下，每一個(gè)溫度點(diǎn)有一個(gè)平衡常數(shù) K。
B，還可以這樣說(shuō)，大氣壓下，－77.7 ℃ 以上，從液氨能夠汽化開(kāi)始，就有氨分解現(xiàn)象出現(xiàn)，只不過(guò)從微乎其微開(kāi)始罷了。
C，在既定溫度和壓強(qiáng)下，有一條氨分解率——時(shí)間函數(shù)的拋物線形狀的變化曲線。既定溫度下，壓強(qiáng)不同，這條拋物線的指標(biāo)數(shù)據(jù)的位置都不一樣。在既定壓強(qiáng)下，同理，每一個(gè)溫度下的氨分解率的曲線位置也不相同。如果非得確定某一固定條件下的氨分解率曲線，只有找到專(zhuān)用公式才能回答。
D，如果再把不同（?。┯|媒因素疊加上去，如此多因素的龐大系統(tǒng)工程，可以想象得出，已經(jīng)很復(fù)雜的問(wèn)題將更變得加復(fù)雜。
E，工程師的任務(wù)就是將復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化。我們是講應(yīng)用科學(xué)的熱處理工作者，不管三七二十一，于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)直接檢測(cè)氨分解率（氮?jiǎng)荩?的數(shù)據(jù)來(lái)控制氣體滲氮的質(zhì)量，既直觀可靠，又實(shí)用有效
| |
|
? 請(qǐng)關(guān)注 微信公眾號(hào): steeltuber. 轉(zhuǎn)載請(qǐng)保留鏈接: http://www.youwin2019.com/Steel-Knowledge/ShengDan.html
|