JB/T 6956-1993 离子渗氮

J36中华人民共和圜机械行业标准JBT6956-1993离子渗氮1993-0727发布199407-01实施中华人民共和国机械工业部发布中华人民共和国机械行业标准JBT6956-1993离子渗氮代替J/Z214-81主题内容与适用范围本标准规定了离子渗氮零件用材、设备、工艺及质量检验。本标准适用于钢铁零件旳离子渗氮处理。钛合金和铁基粉末冾金材料的离子渗氮处理,亦应参照使用。2引用标准GB9451钢件薄表面总硬化层深度或有效硬化层深度GB11354钢铁零件渗氮层深度测定和金相组织检验JB2897辉军光离子氮化炉基本技术条件ZBJ36006钢的气体渗氮处理3术语3.1离子渗氮在低真空(<2000Pa)含氮气氛中,利用工件(阴极)和阳极之间产生的辉光放电进行渗氮的工艺。3.2待渗氮件经适当预备热处理和切削加工后准备进行渗氮处理的工件。3.3渗氮件经离子渗氮处理的工件。3.4极限真空度在空炉状态抽真空,该真空系统所能达到的最高真空度。35压力回升率(压升率)表征真空系统渗漏程序的指标。压升率按下式计算PP-PPa/min式中:P——压力回升率,Pa/minP。——该真空系统的极限真空度,PP——抽真空到P后关阀停泵t分钟后该真空系统的真空度,Pa;压力由P升到P所用时间,一般为60min3.6稳压罐在气瓶与流量计之间起稳定输入气压作用的金属密封罐。3.7模拟试件外形和尺寸与待渗氮件相似,并便于安置渗氮试样或热电偶的试件。如下图为齿轮模拟试件。机械工业部1993-07-27批准1994-07-01实施JBr6956-1993齿轮螺钉3.8辅助阴极(或阳极)为改善渗氮工件温度均匀性,在阴极〔或阳极)上增设的钢铁组件。3.9测温头用铠装热电偶制作的,能与待渗氮件直接接触的温度测量头。4待渗氮件4.1常用渗氮材料见表1表1类别20Mnv, 20SiMn2Mov, 25SiMn2Mov, 37SiMn2Mov, 15Mnvb, 20Mnvb, 40MnVB20SiMnVB, 15Cr, 20Cr, 30Cr, 35Cr, 40Cr, 15 CrMo, 38CrSi, 20CrMo, 30CrMo, 35CrMo42CrMo, 12CrMov, 35CrMoV, 25Cr2MoVA, 20Cr3MowvA, 38CrMoAl, 20Crv, 40CrV,合金结构钢50CrVA, 15 CrMn .20CrMn 40CrMn ,20CrMnSi 25CrMnSi , 30CrMnSi , 30CrMoAl 30CrMnAl30CrMnSiA 20CrMnMo, 40CrMnMo 20CrMnTi 30CrMnTi, 12Cr2Ni4 ,20Cr2Ni4, 20CrNiMo40CrNiMoA, 45CrNiMova, 18Cr2Ni4WA, 25Cr2Ni4WA不锈耐酸钢、耐热1Cn7,1C13,2Cl3,3C713,7C17,Cr8N9,0C7N7A1,C5Mo,C13Mo,4C9si24Cr14Ni14W2Mo合金工具钢Cr12, Cr12Mov, CroW, 5CrMnMo, 5CrNiMo, 3Cr2w8V 4Cr5MoSiv1, 4Cr5MoSiv高速工具钢W18Cr4V, w6Mo5cr4V2球墨铸铁0m6003,0170024.2待渗氮件的加工工序按表2各工序进行。表2项自目的和要求铸造,锻造,冲压,挤压,焊接,改变形状达到基本尺寸原材料准备粗加工粉末冶金等不允许有裂纹、折叠等缺陷改善组织和性能,为机械加工和渗氮作准备预备热处理调质,正火,退火,固溶处理等达到规定硬度、组织和变形要求去除表面氧化皮和脱碳层,倒钝尖角,去除毛刺机械加工切削和磨削等加工达到工艺要求尺寸及表面粗糙度去除加工应力,减少渗氮后变形,达到工艺规定的除应力处理稳定化处理变形要求磨削去除稳定化处理后造成的氧化皮及微变形JBr6956-19935渗氮设备5.1渗氨炉5.1.Ⅰ应设置电压、电流、温度、真空度和气体流量的测量指示仪表,温度应能自动控制和记录。5.1.2在常压下阴极对地的绝缘电阻用100V兆欧表测量,应不低于4MΩ。水冷阴极应在不通水的条件下进行测量。5.1.3供给离子渗氮炉的整流输岀电压应连续可调,在200ⅴ以上无突跳现象。5.1.4设备应有可靠的灭弧装置。5.1.5极限真空度不低于7Pa。抽气时间应不多于30min5.1.6压升率不大于1.3×10Pa/min。5.2渗氮介质5.2.1离子渗氮推荐采用氨的热分解气或氮氢混合气为渗氮介质。5.2.2氨气纯度要高、含水量及成分变化要小,不允许对渗氮件产生有害的影响。5.2.3氮气和氢气的纯度应不低于999%。5.3进、排气系统5.3.1在气瓶到流量计之间须设有减压阀和稳压罐。稳压罐应有压力表。5.3.2减压后的气体压力应大致恒定,压力一般不超过0.1MPa5.3.3流量计的调节阀门应安裝在岀口端,使流量计管内保持正压5.4设备保养5.4.1定期测试真空系统的压升率(P),并保持其数值在要求范围内。5.4.2控温仪表及热电偶应定期校验,并保持示值准确。5.4.3真空泵应定期换油和清洗,确保运转正常。6温度、压力和流量的测量和检定6.1温度的测量与检定6.1.1离子渗氮温度可以用热电偶或非接触测温仪表测量,目测可作为一种辅助测温方法。6.1.2凡在炉内测温的热电偶引接的二次仪表应悬空或经隔离变换。6.1.3非接触式测温用红外光电温度计或双波段比色温度计测量,测温观察窗的玻璃应为石英玻璃6.1.4热电偶插入封闭内孔中的测温方法是离子渗氮温度的标准测量法。热电偶热端到某一起辉表面的距离应小于2mm,热电偶插入孔内的深度应大于30mm。此时热电偶的测量值就规定为该起辉表面的温度,其他各种测量方法的检定要求见附录A(补充件6.2气压测量6.2.1离子渗氮的工作气压,可用膜片式真空计或压缩式转动真空计(麦氏真空计)测量6.2.2热导式电阻真空计不能正确指示离子渗氮的工作气压,只可用于测量极限真空度和压升率。6.3流量测量和标定6.3.1当被测气体与原标定气体的运动粘度相近时,可用转子流量计测定离子渗氮气体的流量,所测得的流量数值须经换算后方为在标准状态下气体的流量。换算公式见附录B〔参考件)第B1章。6.3.2当被测气体与原标定气体的运动粘度相差较大时,应用皂膜流量计实测标定。皂膜流量计测量JBr6956-1993方法见附录B第B2章。7预备热处理7.1预备热处理工艺7.1.1一般结构钢应采用调质处理。调质回火温度应比渗氮温度略高。7.1.2正火处理仅适用于对冲击性能要求不高的渗氮零件,正火时冷却速度不宜过慢。7.1.3易变形件渗氮前应进行一次或多次稳定化处理。稳定化温度应比调质回火温度低,比渗氮温度高7.2预备热处理质量检验7.2.1零件预备热处理后的金相组织和硬度应符合技术要求。金相组织级别按GB11354评定7.2.2稳定化处理后如变形超差,进行校直后应再次按原工艺消除校直应力,直到变形量合格为止。8渗氮前的准备工作8.1试样8.1.1每炉待渗氮件必须备有1至数件隨炉试样。8.1.2试样应与待渗氮件的钢号、预备热处理工艺一致,表面粗糙度R应不大于04m8.2待渗氮件的验收8.2.1表面不得有脱碳层、锈斑、划痕和碰伤,不宜有尖角、锐边。8.22表面粗糙度R值为16μm。8.2.3渗氮后磨削余量一般应不大于0.05mm。8.2.4易变形待渗氮件应检测变形量,其量一般应小于图样规定渗氮后变形量的50%。9渗氮工艺9.Ⅰ渗氮温度可根据待渗氮件材料、要求旳渗层硬度、深度、心部硬度、变形要求和零件结构等因素综合考虑确定。部分材料的常用渗氮温度列于表3。材离子渗氮技术常用渗氨温度范围预先热处理类别牌号表面硬度HⅤ(不低于)常用深度范围m调质20CrMnTi调质600合金结构钢渗氮钢35CrMo0.20-0.50510~54035CrMoV调质40CrNiMo调质50①二段520-53038CrMoAl调质8500.30~0.60+560~580②530~580JBr6956-1993表3(完)离子渗氮技术常用渗氮温度范围预先热处理类别牌号表面硬度HV(不低于)常用深度范围mm合调质金3Cr2w8520~550淬火+回火0.10~0.25工模5CrMnMo淬火+回火520-550具□cHM火回火10000.10~0.20470~500W18Cr4V淬火+回火10000.02-0.10480~520不I Cr18N19固溶处理9000.08-0.1560~620锈2Cr13淬火+回火8500.10~0.540~600酸4Cr9Si2淬火+回火0.10~0.520~560钢4C14Ni4W2Mo退火7000.06-0.12540~560球墨铸铁QT600-2正火0.10~0.540~580钛合金TA2,TA7,TA4500.05-003580.019.2保温时间由待渗氮件材料、渗氮温度和渗层深度确定。9.3离子渗氮常用气压范围是100~700Pa,钛合金可以超过70Pa。选用压力时应顾及温度均匀和防止产生辉光集中。9.4氮气流量可根据设备功率参照表4中数值选取。装炉量多、渗氮保温时间短者取上限。表4设备功率kW合理供氨量mL/min100~200215-365750~11009.5钢铁材料离子渗氮保温阶段极间电压一般为400~800V,辉光电流密度为0.5-5mA/cm2。10渗氮操作10.1清洗清洗待渗氮件表面和内孔的油污、锈斑及孔内残存的切屑。10.2装炉10.2.Ⅰ同炉处理的待渗氮件宜为同种零件或表面积和重量之比接近的零件。如能保证质量,也可以多种零件混装。10.2.2待渗氮件需防渗部位和不需渗氮的小孔、窄缝应进行覆盖、屏蔽。10.2.3待渗氮件至阳极的距离要大致相等,待渗氮件之间应留有合适的距离并力求均匀等距。10.2.4在预测待渗氮件温度可能偏低的部位可设置辅助阴极或辅助阳极。10.2.5试样安放的位置应保证在渗氮时与零件的温度一致,或采用模拟试件。10.3升温和保温0.3.1采用合适的电压点燃辉光后,采用逐步交替升高电压和气压的程序进行清理和升温10.3.2易变形零件在400°C以上应缓慢升温。10.3.3在保温期间,工作的实际温度与工艺温度应控制在±15%以內。JBr6956-199310.4冷却和出炉10.4.1保温阶段结束后,关闭阀门停止供气和抽气,切断辉光电源,零件在渗氮气氛中随炉冷却10.4.2零件温度降到200%C以下方可出炉。出炉后未渗氮部位应及时涂油防锈。10.5操作记录一般毎小时记录1次,如遇特殊情况随时记录。记录內容应包括温度、电流、电压、流量、气压寺。11质量检验11.1外观渗氮表面不应有明显的电弧烧伤和剥落等表面缺陷。钢铁零件渗氮表面应为银灰色或暗灰色。钛及钛合金零件应为金黄色11.2表面硬度11.2.1表面硬度采用9.8-98N负荷的维氏硬度计测定。如渗层深度在0.mm以下,则维氏硬度负荷不应超过49N。检查化合物层的硬度必须用负荷为0.49~1.98N的显微硬度计测量。11.2.2表面硬度的检査应直接抽检渗氮件,如不允许时,可用同炉试样代替。11.2.3渗氮件的表面硬度应符合工艺要求,其硬度偏差值不得超过表5规定。表5硬度偏差值单件同批维氏硬度≤600>600≤600>600注∶单件系指渗氮处理后的零件本体;同批系指相冋钢号,经相同预备热处理并在同一炉次滲氮处理后的零件11.3硬度梯度对需要精磨的渗氮件应作此项检査。将试样或渗氮件表面磨去工艺规定的磨量后,测得硬度值应不低于成品件所要求的表面硬度11.4深度11.4.1渗氮层深度应达到技术要求,测定方法参照GB11354中有关规定。11.4.2渗氮层深度可在工件或试样上测定,偏差范围不得超出表6的规定。表6mm深度偏差渗氮层深度同批≤0.3>0.3~0.60.100.15>0.60.150.2011.5表面脆性参照GB11354中有关规定测定,以1~3级为合格。JBr6956-199311.6金相组织按照GB11354中有关规定评定测定,氮化物形态以1~3级为合格11.7局部防渗检查局部防渗部位仍应保持原金属光泽,如发现有渗氮色则应进行硬度检査,硬度増高程度以不影响加工为合格。11.8变形渗氮件的变形量应符合技术要求。JBr6956-1993附录温度检定方法补充件)A1测温方法各种测温方法采用第6.1.4条规定的封闭內孔测温法检定。2制做标准测温试件为检定离子渗氮设备的热电偶或测温头或红外光电温度计或双波段比色温度计,需制做标准测温试件,其尺寸要求如图A1。<2插热电偶孔材料:中碳钢图A1标准测温试样A3测温头、红外光电温度计和双波段比色温度计的检定A3.1将经检定合格的标准热电偶插入标准测温试件的孔内,被检定的测温头,红外光电温度计和双波段比色温度计应压在或瞄准热电偶热端附近的试件表面上(如图A2图A2封闭内孔测温法示意图l—标准测温试件;2—被检定的红外光电温度计或双波段比色温度计;3—被检定的测温头;4—标准热电偶JBr6956-1993A3.2每检定一个温度值,标准测温试件必须均温0.5h以上方可读数Δ3.3将被检定的测温头(或红外光电温度计或双波段比色温度计)与标准热电偶的温度误差数值制成校正曲线或表格以备用。A4模拟试件的检定A4.1模拟试件如系采用非接触测温仪表测温,长期使用由于表面粗糙度和黑度变化将产生误差,因此需定期校对。A4.2检定时,模拟试件与标准测温试件在离子渗氮炉中应具有相同的吸热和散热条件,即应置于对称的位置上A5热电偶直接测温的检定有封闭內孔的零件或模拟试件可将热电偶直接插入孔內测温,如插入深度符合第6.1.4条的规定,而热电偶热端距起辉表面距离不大于20mm者,可以认为所测温度接近零件或模拟试件表面的温度,不需再检定。如热电偶插入深度不够或者热端距起辉表面距离大于20mm时,可参照第A3章规定的方法检定。A6标准测温试件使用过的标准测温试件表面经磨光后可继续使用。JBr6956-1993附录流量换算及测量方法补充件)BⅠ流量换算公式流量换算公式见式(B1):Q2=Q1,1+P2(B1)P1)F2式中:1——流量计指示的流量值,L/minQ2-—标准状态下气体的流量,L/minr——流量计标定时所用气体的密度,gr2——被测气体的密度,gP——标准大气压强1.01X10Pa;p2—稳压罐上的压力,Pa。B2皂膜流量计测量方法皂膜流量计旳入口与被校准的转孑流量计岀口用橡皮管相连接,通气使皂泡上升,用秒表测得皂泡移到一定刻度的时间,按式(B2)计算流量值L(B2)式中:Q——实际流量,mL/min;L——皂泡移动格数,mLT——皂泡移动L格数的时间,s。T值应取测量5次的平均值。皂膜流量计管内应保持清洁,湿润,皂水应用澄清的肥皂水或烷基苯磺酸钠等能起泡的液体。标定氮气流量时,为避免氮气溶于水而影响测量,气体在进入皂膜流量计前应先进行充分热分解使之成为氮和氢,所测流量值的1/2即为氮气的实际流量。附加说明本标准由机械工业部北京机电研究所提出并归口。本标准由机械工业部北京机电研究所负责起草。本标准起草人沈云亚。本标准自实施之日起,原JB214-84《离子渗氮工艺》作废。閂中华人民共和国机械行业标准离子渗氮JBT6956-1993机械科学研究院出版发行机械科学研究院印刷(北京首体南路2号邮编10004)开本880×12301/16印张7/8字数20,00094年1月第一版1994年1月第一次印刷印数1500定价10.00元机械工业标准服务网:htp://www.jb.ac.cn