公司氮化炉培训

氮化炉的结构原理以及调试。

一．工作原理

工作温度：硬氮化工作温度一般在480℃到550℃之间，常用温度在490℃到530℃

工作原理：NH3=N+3/2H2

其中的N为活性氮，起到渗氮作用。

注意：活性氮的存活周期很短，如果没有被工件吸附，会很快结合生成氮气，失去活性。氮气没有任何渗氮能力。

炉内气氛组成：NH3、N2、H2

氮势的定义：KN=PNH3/(PH2)1.5=[1-（4/3）PH2]/ (PH2)1.5

辨析：KN越大，气氛的渗氮能力越强？

个人观点：KN与氮势没有严格的对应关系，KN高，渗氮能力不一定就强。比如炉内氨气很多，裂解的氨气很少，虽然KN很高，但实际可用的活性氮较少，渗氮能力反而不强。

在同一个KN下，靠纯氨气分解形成的气氛与用氨气和裂解氨气混合而成的气氛是完全不同的。

二．氮化炉的控制。

1．氮化炉炉温的控制-主从控制。控制原理与我们的井式炉基本相当。

---用罐内控制罐外。

2．氮势的控制。

1）氢含量的检测：

氢探头检测氢含量，转换为氮势

见PE氢探头的结构图。（图1）

采用热导法，

2）控制：PID和最大允许流量双重控制。氮势低，加氨气；氮势高，加分解氨气。如果氮势达不到设定值，按最大允许流量控制。

设定最大氨气流量：2M3/h

最大裂解氨气流量：0.5~1.0 M3/h

氢探头的标定：用氨分解率标定氢探头。

水瓶法检测：H2=3/4（1-a）

式中的a为氨分解率。

从PE氢探头的结构上来看，不能采用标气进行标定，只能采用比较粗糙的氨分解率进行标定。从现场使用来看，没有问题。

3．氨裂解炉温控。

一般在850℃~1000℃之间。当前用930℃。

从各家使用上来看，850℃基本能保证氨气完全分解，PE方面推荐用1000℃，没有必要。

三．氮化的工艺流程以及工艺的编值。

（一）典型工艺过程。

预氧化：很关键。对渗层均匀性和提高渗层深度都有很好的作用。

预氧化温度一般在360℃~400℃之间，产生Fe3O4，低于360℃效果比较差，高于400℃意义不大。如果预热温度超过500℃，产生Fe2O3，因为氧化膜容易过厚和疏松，氮化后容易出现起皮现象。

预氧化时间一般在1.5~2小时。

检验：

硬氮化检验：表面硬度HV1---650-700

深度HV0.3----0.25-0.35( 基体-50HV)

脆性HV10

软氮化：表面硬度HV10

氮化：

普遍采用两段式氮化，简要流程如下：。

1．升温同时前期氮气置换。氮气流量保证4倍炉膛体积，能确保氧含量在1%以下。5倍过于保守。

换气时间：实际应该控制总的换气量，实施起来比较困难，当前各厂家都是采用时间控制，中间的问题就是工人必须随时进行巡检，监视好实际流量。

目的：置换掉炉内的氧气，确保随后通入氨气是安全的。

2．到达供气温度后开始氨气置换。保证3倍的炉膛体积，氮气残余基本在5%左右，以保证检测的氢含量与KN的正确对应关系。

各厂家的供气温度不太一样；

国内厂家没有氨气置换，普遍采用室温下氨气置换的方法；

国外采用氮气置换或者抽真空的厂家有采用360℃的，也有采用450℃的，PE采用450℃。

3．低温高氮势强渗。（采用低温用于防止形成粗大的氮化物）

4．降氮势，同时升温。

5．低氮势高温扩散。

目的：降低表面氮含量，增加渗层深度。

6．降温，同时后期氮气置换，确保开门安全。

5 10 510~

520 0 2~4 量，不

超过

最大

允许

值

超过最

大允许

值

升温降氮势

6 根据渗

层要求

来定510~

520

2~4 低氮势扩散

7 ≥100 100~

180

10 0 0 0 后期氮气置换

8 ≤140 100~

180 2~5 0 0 0 快速降温，到温

出炉

对需要后氧化的工件，氮气置换完成后，在360~380℃后氧化90~120分钟，随后快速降温。或者出炉后在低回炉里后氧化。

总工艺时24小时间（0.25-0.35mm）

氮化后的组织（见图）

氮化金相检验记录日期/Date : 2007/05/09

Nitriding metallographic record

炉号Furnace No. 试样号

Sample

No.

零件材

质

Material

表面硬度

Surface

hardness

（HV1）

渗层深度

（DN）

Case depth

氮化物

级别

Nitride

Level

图片号

Picture

No.

备注

Remarks

1 346 42CrMo 650-675 0.25-0.30 1-

2 1

工件42CrMo 560-660

2 7086 42CrMo 613-650 0.25-0.30 1 2

工件42CrMo 580-650

图1 图2

当前从组织上看有时会后脉状氮化物，但实际检测脆性等级都是一级。从使用反馈上来看也没有什么问题。

氮化后工件见图。

四．氮化炉的冷调注意事项以及相关问题。