一、行星機構(gòu)原軟氮化工藝

　　行星機構(gòu)軟氮化工藝曲線見圖2，采用570℃進行軟氮化，氨氣流量為5m³/h，甲醇流量為1.2L/h，在軟氮化時爐內(nèi)壓力保持在250Pa左右，工藝時間結(jié)束后在氮氣保護下進行空冷至室溫。選取一個軟氮化硬度偏低樣件進行理化檢測，該樣件(圖3)白亮層厚度不均，平均為0.004mm，表面硬度為450HV_0.2。

　　二、軟氮化硬度偏低原因分析

　　由于軟氮化后表面硬度測試就是測白亮層的硬度因此研究白亮層的形成原理就是解決問題的關(guān)鍵。從軟氮化的硬化機理我們看到，氮化時N原子優(yōu)先和Fe進行反應(yīng)生成Fe_2-3N化合物，也就是我們常說的白亮層，但是Fe_2-3N硬度不高只有約265HV，而在一定條件下，形成的白亮層硬度隨著鋼的含碳量增加而有所提升。軟氮化正是利用這一特性在滲氮氣氛中人為加入滲碳氣氛使白亮層的碳按人的意愿適當(dāng)增多從而提高白亮層的硬度。在我們通氨滴醇法進行軟氮化時，爐內(nèi)主要進行以下化學(xué)反應(yīng)：

　　通過上面反應(yīng)式可以看到，軟氮化氣氛中N原子的提供是由氨氣裂解產(chǎn)生的，而C原子的提供是由甲醇裂解氣產(chǎn)生的。從反應(yīng)式(1)可見氨氣的分解是可逆的，當(dāng)爐內(nèi)氫的含量較少時反應(yīng)向右進行而當(dāng)爐內(nèi)氫含量過多時卻會抑制氨的分解，由于氣氛中的N是由氨氣裂解而來如果氨氣裂解不足勢必會影響到氣氛中活性N原子的含量從而降低氣氛的氮勢，使工件表面含N不足形成不可固溶C的Fe4N，F(xiàn)e4N的硬度為550HV顯然會降低工件表面的硬度。由反應(yīng)式(2)、(3)我們看到雖然甲醇的裂解會產(chǎn)生C原子，但也會產(chǎn)生H分子，如果甲醇加入過多就會產(chǎn)生較多的H2抑制氨氣的裂解直接降低軟氮化氣氛中的氮勢，爐內(nèi)氮勢低氮原子供給不足，工件表面白亮層形成困難，最終不僅造成工件表面白亮層不均勻、偏淺還會使擴散區(qū)氮含量偏少導(dǎo)致工件表面硬度不足，從圖3原工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品白亮層厚度不均勻局部甚至沒有形成白亮層這一點來看氣氛供氮能力的確存在不足，因此甲醇相對氨氣的加入量是相當(dāng)關(guān)鍵的，滲氮時加入恰當(dāng)?shù)募状紩行岣吖ぜ砻嬗捕鹊侨绻^多的加入則會降低工件表面硬度。

　　三、試驗及結(jié)果

　　根據(jù)上述分析，行星機構(gòu)要獲得高的硬度氨氣和甲醇的配比應(yīng)該存在一個最佳值，為驗證此結(jié)論我們進行了以下工藝試驗：

　　試驗用鋼

　　把一件行星機構(gòu)內(nèi)齒圈工件通過線切割方式分成若干試樣，試樣表面都經(jīng)過清洗、酒精清潔，保證各個試樣狀態(tài)一致。

　　試驗方法

　　把樣件按表1所示工藝用箱式軟氮化爐分別進行工藝試驗。

　　試驗結(jié)果

　　工藝試驗后樣件用顯微維氏硬度計和金相顯微鏡進行理化檢測，檢測結(jié)果見表2。

　　四、試驗結(jié)果分析

　　由表2工藝試驗結(jié)果表明在一定范圍內(nèi)隨著氨氣和甲醇的比值加大，樣件硬度呈上升趨勢，白亮層厚度也呈上升趨勢，在甲醇為流量為0.6L/h，氨氣流量為7m³/h時表面硬度達到最大值，并且金相組織(圖4)檢測也符合要求，這就證明了軟氮化氣氛中氨氣和甲醇的添加比例對產(chǎn)品的硬度及白亮層厚度有重要影響，隨著氨氣的增加氨氣大量裂解氣氛中可供工件表面捕捉的氮原子也增加，表面形成ε及ε+γˊ相組成的白亮層并隨氨氣通入量不斷增厚，表面硬度不斷上升，但是隨著氨氣的進一步增加，表面脆性上升硬度卻顯著降低了，那是因為隨著氨氣流量的進一步增加氨氣分解率下降氣氛中活性氮原子過多，樣件表面由于存在的大量氮原子，一部分和Fe生成高氮高脆性的以Fe2N為基的ζ相使表面脆性增加，一部分結(jié)合成氮分子從表面析出形成氣孔造成疏松(圖5)反而降低了表面硬度。

　　五、結(jié)論

　　1.在通氨滴醇法軟氮化工藝中，氨氣和甲醇的添加比例對產(chǎn)品的硬度和白亮層厚度有著重要影響。

　　2.在使用MAXLAX1000箱式軟氮化爐對材料為42CrMo的行星機構(gòu)進行軟氮化，當(dāng)氨氣流量為7m³/h，甲醇為0.6L/h時工件表面具有最佳的硬度及金相組織。我司用該工藝生產(chǎn)行星機構(gòu)上千套再未發(fā)生表面硬度不足情況，取得良好經(jīng)濟效益。