鋼件的甲酰胺氣體碳氮共滲熱處理工藝改進(jìn)

李彥峰，郝江華，毛 歡，張丹丹

（航空工業(yè)西飛，陜西 西安 710089）

碳氮共滲是在一定溫度下向鋼的表層同時(shí)滲入碳和氮的過程, 碳氮共滲習(xí)慣上又稱作氰化。一般鋼鐵零件均可用碳氮共滲處理, 如普通碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼等。經(jīng)碳氮共滲處理后, 零件的硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度等力學(xué)性能都有所提高。目前, 中溫氣體碳氮共滲和低溫氣體碳氮共滲在生產(chǎn)中應(yīng)用較廣。氣體碳氮共滲是在氣體介質(zhì)中, 將碳和氮同時(shí)滲入工件表層, 并以滲碳為主的化學(xué)熱處理工藝。其中甲酰胺氣體碳氮是氣體碳氮的一種常用方法，甲酰胺氣體碳氮共滲熱處理工藝屬于中溫碳氮共滲化學(xué)熱處理，應(yīng)用于某系列無聲鏈小軸（X5103-12X/12X）的飛機(jī)產(chǎn)品，該工藝應(yīng)用的產(chǎn)品少，工藝較復(fù)雜，在生產(chǎn)中工藝的穩(wěn)定性差，經(jīng)常出現(xiàn)零件滲層不夠或根本無滲層的現(xiàn)象[1]。

由于設(shè)備使用頻率較低，經(jīng)常需要更新維修，技術(shù)參數(shù)很難掌握，因此每次都需要對設(shè)備進(jìn)行調(diào)試、試驗(yàn)，調(diào)整相應(yīng)的工藝參數(shù)，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)進(jìn)度。開展甲酰胺氣體碳氮共滲熱處理工藝改進(jìn)，應(yīng)首先摸清設(shè)備最佳狀態(tài)，探究碳氮共滲熱處理工藝方法，滿足零件產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)要求，提高零件產(chǎn)品質(zhì)量，滿足生產(chǎn)進(jìn)度，降低能耗，節(jié)約生產(chǎn)成本。

1 試驗(yàn)要求

甲酰胺氣體碳氮共滲熱處理產(chǎn)品試驗(yàn)技術(shù)要求：

X5103-12X/12X兩項(xiàng)零件，圖紙要求：碳鋼零件滲碳或者氰化深度0.25-0.1mm。

2 試驗(yàn)方法

2.1 改進(jìn)前甲酰胺氣體碳氮共滲熱處理工藝

2.1.1 甲酰胺氣體碳氮共滲熱處理工藝改進(jìn)前工藝方法[2]，見表1

表1 改進(jìn)前工藝方法

2.1.2 甲酰胺氣體碳氮共滲熱處理工藝改進(jìn)前試驗(yàn)結(jié)果與分析

小軸第一爐碳氮共滲金相結(jié)果如圖1，小軸第二爐碳氮共滲金相結(jié)果如圖2，其滲層深度分別約為0.13mm，0.16mm，滲層深度均不合格：

圖1 小軸第一爐碳氮共滲金相圖片

圖2 小軸第二爐碳氮共滲金相圖片

2.1.3 甲酰胺氣體碳氮共滲熱處理工藝改進(jìn)前結(jié)果分析

碳氮共滲爐存在爐體不平、滴管損壞問題。申請?jiān)O(shè)備廠調(diào)平爐體并用水平尺測量是否合格；更換滴液管。碳氮共滲爐爐體不密封。申請?jiān)O(shè)備廠更換密封圈，測試爐內(nèi)壓力水平。原工藝參數(shù)不能滿足產(chǎn)品技術(shù)要求，需重新工藝試驗(yàn)。

2.2 改進(jìn)后甲酰胺氣體碳氮共滲熱處理工藝

2.2.1 甲酰胺氣體碳氮共滲熱處理工藝改進(jìn)后工藝方法[2]，見下表2

表2 改進(jìn)后工藝方法

2.2.2 碳氮共滲工藝的改進(jìn)

在分析原來不合格產(chǎn)品時(shí)，發(fā)現(xiàn)第一爐產(chǎn)品始終不合格，第二爐稍好，所以在原來的工藝中加入了預(yù)滲工藝，空爐預(yù)滲工藝操作如下：

每停一次爐及從室溫升到碳氮共滲溫度均應(yīng)進(jìn)行爐膛預(yù)滲[3]，然后工件才能入爐。預(yù)滲工藝為：850℃保溫2h，滲劑是正常生產(chǎn)的1/3-1/2。

2.2.3 工藝參數(shù)試驗(yàn)結(jié)果

小軸第一爐碳氮共滲金相結(jié)果如圖3，小軸第二爐碳氮共滲金相結(jié)果如圖4，其滲層深度分別約為0.20mm，0.26mm，滲層深度均合格，符合技術(shù)要求：

圖3 小軸第一爐碳氮共滲金相圖片

圖4 小軸第二爐碳氮共滲金相圖片

3 結(jié)論

通過本文的研究優(yōu)化了甲酰胺氣體碳氮共滲熱處理工藝方法，增加了爐膛預(yù)滲工藝，空爐預(yù)滲工藝操作如下：每停一次爐及從室溫升到碳氮共滲溫度均應(yīng)進(jìn)行爐膛預(yù)滲，然后工件才能入爐。預(yù)滲工藝為：850℃保溫2h，滲劑是正常生產(chǎn)的1/3-1/2；通過以上工藝改進(jìn)，使該工藝的現(xiàn)場零件一次交件合格率大幅提高。