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氮化

氮化

制造商今天经常寻求硬化钢和铁零件的外部,以提高强度和抗断裂性能。经过这种“表面硬化”的组件将保持更柔软、更柔韧的核心,同时显示出更强的耐磨性。

零件生产商已经开发了多种方法来实现表面硬化。常用的工艺包括感应淬火、渗碳和渗氮。后一种工艺是利用高温帮助氮原子在工件的外层扩散。氮在钢表面的沉积是利用容易获取、廉价的资源来强化金属零件的一种经济有效的方法。

氮化过程

在氮化过程中,氮原子扩散到低碳钢的表面。这种沉积的材料有助于形成外部的氮化物层,在足够高的温度下,有助于表面硬化。

氮在特定的温度范围内溶入铁水和钢合金的表面。氮化物也形成在外部,并协助形成表面硬化的外层。这种转变将导致金属表面变得更脆;硬化的金属部分更有效地抗剥落、磨损、腐蚀和磨损。

氮化方法

今天的制造商主要依靠三种不同的方法来实现氮化。特定方法的选择在很大程度上取决于制造商、钢合金和金属部件的预期用途。

气体氮化

也被称为“氨氮化”,制造商自20世纪20年代以来一直依赖这种方法对钢进行表面硬化。

流程细节

制造商将在高温下将金属部件的表面暴露在含氮气体中。生产设备通常利用氨气,一种廉价的富氮气体来实现这一目的。

好处

通过仔细控制环境因素,如所涉及的气体流速和炉温,今天的公司可以准确地确定可用的氮量,并以一定的精度控制氮化过程。目前这种方法可以使大量零件的氮化非常经济有效。然而,制造商需要密切监控生产过程,以防止爆炸。金属件的清洁度也影响气体氮化的有效性;油腻的表面阻碍了氮向金属的扩散。

例子

20世纪30年代,德国的制造商使用氨氮法开发了各种不同等级的“氮化钢”。该工艺通过提供硬化、耐腐蚀的金属,在建筑、金属制造和运输行业中发挥了重要作用。

盐浴氮化

制造商也可以将金属浸泡在氰化物盐或其他富氮物质的液体浴中。由于这一过程可能产生的有毒副产品,盐浴氮化在本世纪不再像几十年前在美国那样受欢迎。使用此工艺的生产设备必须控制环境风险。

流程细节

当零件连续暴露于不同的盐浴时,在自动化生产环境中,表面硬化制造过程可能与渗碳一起发生。制造商可以将一部分完全浸泡在液体中,确保整个表面暴露。

好处

这种形式的氮化比某些形式的气体氮化发生得快。它可能发生在相当“低技术”的生产设施中。

例子

在石油和天然气钻井行业,制造商广泛使用盐浴氮化技术来制造硬化的管道和钻头。

等离子体渗氮/离子渗氮

有时被称为“辉光放电氮化”,他的高科技制造过程依靠电场在等离子态产生氮离子。

流程细节

制造商可以通过金属喷涂、焊接或熔覆过程中使用的“热等离子体”,将氮气直接沉积在金属工件的表面。最近,一些公司也开发了非常复杂的“冷等离子体”方法,这种方法在一个专门的低压无氧舱的真空中进行。

好处

这种渗氮技术是最近发展起来的。它提供了许多好处,包括能够在相当接近的容错范围内控制氮化物的沉积。由于生产设备可以利用氮气,该过程发生得很快。经过等离子渗氮处理的零件通常不需要进一步加工。由于制造商可以精确控制表面硬化沉积,等离子渗氮技术有时可以生产非常强的表面硬化钢零件。

例子

这种技术的许多例子出现在今天的航空航天、航空和生物医学行业。由于等离子体氮化可以控制氮化物的沉积,它可以产生非常强的金属表面。

应用程序

现代的生产设施对各种工业中使用的钢铁部件进行氮化处理。表面硬化使某些合金和钢能够在运输、航空和航天工业等领域发挥重要作用。枪支制造商也广泛使用这种工艺来硬化武器中的钢部件。

氮化强化金属零件广泛应用于许多工业环境,如凸轮轴,齿轮,阀门和螺钉。这种低成本的工艺在某些情况下也提供了重要的工具表面硬化。

关键优势

氮化工艺有许多重要的优点。首先,氮化强化工业钢相对经济有效。氮在环境中广泛存在,而且价格相对低廉。其次,氮化有时能使公司通过提高耐腐蚀性来延长金属工具、部件和制造材料的有效寿命。它使低碳钢合金表面硬化,防止磨损,断裂和磨损。第三,氮化处理可以提高钢的表面硬度,而不会造成内部脆性。


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