快速气体渗氮工艺：高温渗氮和稀土催渗

表３ ５ ０Ｃ ５ 。 渗氮质量检测结果
氮化物 白亮 层厚度／ 零件硬度 脆性（ 疏松（ 级） 级 ｍ ｍ （ ） 级 Ｈ Ｖ
２ Ｏ－ ２ ０１ ５ ６０ ３ １ ｌ
材料 渗氮温度 氨分解率 渗氮 层深 工艺时间 ／ ℃ （ ％） ／１ｌ ｎＩ Ｔ ／ ｌ ｌ
碳 ，采 用 两 段 渗碳 工 艺 ，容 易导 致 渗 层表 面 形 成 网 状 和块 状 碳 化 物 。而 采 用 缓 冲渗 碳 工 艺 ，可 在 渗 层
２ 高温渗氮 的优缺点 ．
采 用 高 温 渗 氮具 有 以 下 优 点 ：①提 高 氮 在 ｖ 对 两 种 不 同工 艺 处理 后 的零 件 齿 部 进行 了硬 度 测试 ，测 试 结 果 表 明 ，经 两 种 不 同工 艺 处 理后 ，零
４ Ｃ ｏ ２ Ｍ ５Ｏ ２ ３ ０～ ５ Ｏ
工件畸变主要通过装炉 、升降温速度 、出炉温 度等方面进行控制 ，经过对高温渗氮后的齿 圈进行
等多种 因素有关 ，一旦加入过量 ，反而会使渗速 下 降 ，并使金相组织恶化 ，因此生产前需要进行大量 试验验证 ，不适用于单件或小批量零件的生产。② 加入稀土元素对设备有一定损害。③近年来稀土价 格大幅上涨 ，增加了稀土催渗的成本 。
／ ｍｍ
０． ６１ Ｏ．２ ６ Ｏ．ｏ ６
表２ 渗氮工艺参数与随炉试样渗氮层深
材料 渗氮温度Ｆ 氦分解率 工艺时间／ 试样渗氮层深 Ｃ ｈ
（ ％）
５０ ２ ４ Ｃｒ ｏ ２ Ｍ ５０ ４ ５５ ０ ３ ０～ ５ Ｏ ３ ０～ ５ ０ ３ ０～ ５ Ｏ ７ ５ ４ ７ ３ ８
组 成 、渗 氮 炉容 量 、工件 形 状 、装 炉 量 、装 炉 方式
快速气体渗氮工艺：
高温渗氮和稀土催渗
南京高速 齿轮 制造有 限公 司 （ 江苏 ２ １０ ） 陈 １１ ０ 贺 叶 小飞 刘 臻
常 规 气 体 渗 氮 扩 散 速 度 慢 ，工 艺 时 间 较 长 。 如大 模 数 风 电内 齿 圈获 得 ０ ｍｍ 氮 层 ，一 般需 要 ． 渗 ５
４．结语
（ ） 对 于 ２ Ｃｒ ｎ ｏ 模 数 齿 圈 的 深 层 渗 １ ０ Ｍ Ｍ 大
周期 ，大幅降低了制造成本。 ＭＷ
（０ ２ ３０ ２ １０ １ ）
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９
１ ｅ ｎｌｙＦｒ ｃ ｏｇ ｏ ｍ ｈ ｏ ｕ
ｒ 技 术 论 坛 Ｉ 、
可 选 择为 ５０Ｃ，渗 氮 工艺 参 数见 表 ２ ５￣ 。
件齿面硬度接近 ，在５ Ｈ Ｃ ９ Ｒ 左右 ，这足 以保证 齿面
表面获得弥散分布 的细颗粒状碳化物 ，有效改善了
有足够 的接触疲劳强度。
（ ）工艺运行时间对 比 ３ 两段渗碳＋ 球化退火
＋ 淬火 回火 工艺 运 行 总时 间为 ２９ ，缓 冲 渗碳 ＋ ５ｈ 淬火
渗层中的碳化物形态。
注 ：渗氮 层深度界定按ＩＯ ６ ３ ＿ ５ Ｓ ３６ ＿ 标准执行 。
３ 应用案例 ．
以４ Ｃｒ 钢为例 ，对比分析 了常规 气体渗 氮 ２ Ｍｏ 与稀土催渗气体渗氮的试 验结果 ，如表４ 所示 。可 以看出在采用相 同的渗氮温度和相近工艺参数的同
时 ，稀 土 催 渗 的４ Ｃ Ｍ ｏ 达 到相 同 层深 的时 间 比 ２ｒ 钢 常规 渗 氮短 ３ｈ ０。
相和 Ｙ相 中的扩散速度 ，大幅缩短渗氮时间，提高 渗氮效率 。②可以降低能源消耗 。③降低因渗氮时
间过 长 导 致 表面 硬 度 下 降的 风 险 。
５ｈ ０ ，甚至更长 的时 间。较长时 间的渗氮一方面造 成生产效率的降低 ，另一方面会造成零件畸变的增 加 ，从而降低齿轮的精 度等级 ，影 响产 品质量。因 此 ，应积极寻求解决措施 ，提高生产效率 。
（ ）缓冲渗碳＋ ２ 淬火 回火工艺使渗层内硬度梯
度 变化 合 理 ，齿 圈齿 面硬 度达 ￣５ Ｈ Ｃ Ｊ Ｉ９ Ｒ 左右 ，满 足 了高速 重载 齿 轮 的使 用要 求 。 （）缓 冲 渗 碳 ＋ 火 回火 工 艺 明显 缩短 了工 艺 ３ 淬
回火工艺运行总时间为１６ 。这充分说 明，缓冲渗 ５ｈ 碳工艺极大地缩短 了工艺周期、降低了制造成本。
表４ ４ Ｃ Ｍｏ ２ ｒ 钢稀土催渗与常规渗氮的比较
工艺
常规渗氮
采用５０ ５ ℃高 温 渗 氮，达 到 相 同 的 层 深 ，工 艺
时间可节约４ ． ９ ％，大幅提高 了生产效率 。 ３ 采用上述５ ０ ５ ℃渗氮工艺 ，除层深外 ，其余指 标 按Ｇ ／ １５ 进行质量检测，检测结果见表３ ＢＴ １３ ４ 。
１ 高温渗氮简 介 ．
以 提 高 表 面硬 度 和 强 度 为 目的的 常 规 气 体渗 氮
３ 应用案例 ． 以风 电增速箱内齿圈表面处理为例介绍高温渗 氮工艺的应用 ，内齿圈基本信息如表 １ 所示 。
表１ 内齿圈基本 信息
工艺温 度一般在５ ０ ２ ℃左右 ，高温渗氮是指采用更
高的工艺温度 （ 一般在５ ０ ８ ￣ ４ ～５ ０ Ｃ），在相同的氨
一
采 用高温 渗氮 工艺 的缺 点包括 ：①渗 氮温 度 高 ，合金氮化物聚集长大速度快 ，渗氮层表面硬度 下降明显 。②采用高温渗氮 ，工件变形倾 向加大。 容易降低工件的精 度等级 ，甚至需要增加精加工处
、
高温渗氮及其质量控制
理。③对工件的预备热处理要求较高 ，要求具有较
高 的 回火 温 度 ，以 及 充分 的去 应 力处 理 。
分解率下 ，提 高钢件表面的吸氮能力和氮原子的扩
散能 力 ， 因而 提 高 了渗 氮速 度 。高温 渗 氮 最 高 工艺
温度一般根据零件畸变情 况和预备热处理温度进行 选择 。 零件 预备 热 处理 为调 质 ，回火 温度 ５ ０ ８ ℃左 右 ，调 质后零件硬度在２ ０ Ｗ左右 。预备热处理 ９ ＨＢ 温度至少需 比氮化温度高２ ￣ ８ Ｃ，氮化最高工艺温度