等離子體氮化技術在曲軸生產中的應用
一、曲軸離子軟氮化工藝參數的理論范圍 編輯本段
就曲軸等離子體氮化技術而言，大多數廠家采用了離子軟氮化技術，其工藝參數的制定一般應遵循以下幾項原則：
1. 氮化溫度的選擇范圍
等離子體氮化就是利用真空輝光放電的方法把氮滲入金屬表面形成FeN 的一種化學熱處理方法。在鐵氮相圖中，580℃為同素異晶轉變點，低于580℃其組織為α鐵，高于580℃其組織轉變為γ鐵。通常，提高處理溫度有助于氮化物的形成和獲得較深的滲層（在相同時間內），這是因為擴散系數與溫度的指數變化成正比。但是，由于在γ鐵中氮的擴散系數僅為α鐵中的1/4 ，當處理溫度高于580℃時，滲層的增長反而減慢，因此，離子氮化的控制溫度范圍為520℃至580℃。
2. 軟氮化溫度的選擇范圍
對于碳鋼或鑄鐵或低合金鋼，人們常采用離子軟氮化（低溫碳、氮共滲）技術。就大量的實踐表明：氮化層的硬度和滲層與溫度、時間、濃度有極值關系。通常在氨氣與丙酮之比為10:1，溫度在560℃至580℃，時間在3至4小時之間，獲得最佳的硬度和滲層。在鐵氮碳三元相圖中，同素異晶轉變點略有降低，其等溫截面大約降至575℃。當溫度高于575℃時，隨著溫度的升高，滲層和硬度迅速下降，高于600℃時，滲層幾乎完全消失。為使有較好的碳、氮共滲效果，離子軟氮化的控制溫度一般為540℃至580℃。
3. 其他因素對工藝參數的影響
以上是根據相圖作出的工藝溫度控制范圍，實際上它還要受到其它因素的限制。
①為保證零件性能的綜合要求，在離子氮化之前一般還需要進行預先熱處理，離子氮化的上限溫度不應超過預先熱處理溫度；
②根據零件易變形程度，選擇適當的升溫速度并應在預先熱處理使組織充分均勻化。
綜上所述：離子軟氮化的溫度控制范圍應在540℃以上，時效溫度以下，并根據零件的具體要求，選擇合適的升溫速度。
綜上所述：離子軟氮化的溫度控制范圍應在540℃以上，時效溫度以下，并根據零件的具體要求，選擇合適的升溫速度。
二、曲軸離子氮化工藝 編輯本段
目前，國內生產曲軸所采用的典型材料為球墨鑄鐵和42CrMoTi。 與處理其他氮化零件相類似，曲軸的離子氮化工藝一般要經過打弧，升溫，保溫，冷卻等4個階段，包括出裝爐，大致耗時18個小時。不同的廠家在離子氮化工藝上略有不同。
1. 清洗工藝
待處理零件裝爐前應通過清洗使零件表面清潔無油，目前采用的主要清洗方法主要有下列方式：
①、高溫蒸汽加清洗劑洗滌然后加高溫蒸汽漂洗滌；
②、自動清洗機清洗；
③、汽油擦洗。
第三種方式是在生產條件不具備時的變通方法，僅適用于小規模清洗。
2. 氮化工藝
離子氮化工藝參數一般為：
平均升溫速度100℃／小時；
保溫溫度：540～580℃之間；
保溫時間：6～8小時。
離子軟氮化工藝參數一般為：
平均升溫速度100℃／小時；
保溫溫度：540～570℃之間；
保溫時間：3～4小時。
1. 清洗工藝
待處理零件裝爐前應通過清洗使零件表面清潔無油，目前采用的主要清洗方法主要有下列方式：
①、高溫蒸汽加清洗劑洗滌然后加高溫蒸汽漂洗滌；
②、自動清洗機清洗；
③、汽油擦洗。
第三種方式是在生產條件不具備時的變通方法，僅適用于小規模清洗。
2. 氮化工藝
離子氮化工藝參數一般為：
平均升溫速度100℃／小時；
保溫溫度：540～580℃之間；
保溫時間：6～8小時。
離子軟氮化工藝參數一般為：
平均升溫速度100℃／小時；
保溫溫度：540～570℃之間；
保溫時間：3～4小時。
三、曲軸氮化過程中的質量控制 編輯本段
1. 清洗
清洗的好壞將直接影響曲軸的處理質量和延長處理周期。如果曲軸表面臟，將大大延長打弧周期，某一廠家過去由于曲軸清洗不干凈打弧時間延長到12小時以上。處理后的曲軸表面附著很多碳黑，既影響產品外觀又影響產品質量。經改進清洗工藝后，打弧時間大大縮短，處理質量也大大提高。據我們在東風汽車制泵廠處理柴油機油泵上的通道板的經驗來看，表面清潔易形成連續的厚度較為均勻的化合物層，反之則不易形成連續和厚度均勻的化合物層。而在離子氮化時化合物層對硬度、耐磨及抗疲勞性能有較大貢獻。 這主要是不潔凈的表面所形成的碳黑以游離碳的形式存在，影響零件表面的活化，阻礙了滲氮。
2. 設備
離子氮化和傳統的氮化工藝相比具有很多優點，但是由于其真空放電的特殊性，又帶來了一很大的弊病，這就是爐內零件溫度分布的不均勻性。這一方面是因為零件表面的形狀將影響表面電流密度的分布，省電，省材料，耗能??；④無環境污染等等。
經過離子氮化的零件，其表面硬度較高，抗疲勞強度、減磨等性能均獲得了改善。
清洗的好壞將直接影響曲軸的處理質量和延長處理周期。如果曲軸表面臟，將大大延長打弧周期，某一廠家過去由于曲軸清洗不干凈打弧時間延長到12小時以上。處理后的曲軸表面附著很多碳黑，既影響產品外觀又影響產品質量。經改進清洗工藝后，打弧時間大大縮短，處理質量也大大提高。據我們在東風汽車制泵廠處理柴油機油泵上的通道板的經驗來看，表面清潔易形成連續的厚度較為均勻的化合物層，反之則不易形成連續和厚度均勻的化合物層。而在離子氮化時化合物層對硬度、耐磨及抗疲勞性能有較大貢獻。 這主要是不潔凈的表面所形成的碳黑以游離碳的形式存在，影響零件表面的活化，阻礙了滲氮。
2. 設備
離子氮化和傳統的氮化工藝相比具有很多優點，但是由于其真空放電的特殊性，又帶來了一很大的弊病，這就是爐內零件溫度分布的不均勻性。這一方面是因為零件表面的形狀將影響表面電流密度的分布，省電，省材料，耗能??；④無環境污染等等。
經過離子氮化的零件，其表面硬度較高，抗疲勞強度、減磨等性能均獲得了改善。
四、曲軸的離子氮化工藝現狀 編輯本段
與處理其他氮化零件相類似，曲軸的離子氮化工藝一般要經過打弧，升溫，保溫，冷卻等4個階段，包括出裝爐，大致耗時18個小時。不同的廠家在離子氮化工藝上略有不同。
關于變形，只要時效處理好（大約2～4小時），均勻升溫就可保證變形較小，濰坊柴油機廠的氮化曲軸軸向跳動一般不超過3絲。
關于軟氮化，大連柴油機廠采用氨氣加丙酮的辦法，保溫時間為5小時左右據反映離子軟氮化比氮化變形要稍大一些，根據我們在東風汽車制造廠處理通道板及驅動環的經驗來看，采用氨氣加丙烷氣作離子軟氮化處理，工藝過程更容易控制。
關于變形，只要時效處理好（大約2～4小時），均勻升溫就可保證變形較小，濰坊柴油機廠的氮化曲軸軸向跳動一般不超過3絲。
關于軟氮化，大連柴油機廠采用氨氣加丙酮的辦法，保溫時間為5小時左右據反映離子軟氮化比氮化變形要稍大一些，根據我們在東風汽車制造廠處理通道板及驅動環的經驗來看，采用氨氣加丙烷氣作離子軟氮化處理，工藝過程更容易控制。
最近我所研制的大功率脈沖電源，平均功率已在120A以上，已完全能滿足150ＫＷ爐體進行氮化的要求。新的脈沖電源經考核比過去的電源其穩定性可靠性更好。由于省去了限流電阻，僅此一項就可節電約為20％，加之脈沖電源的其他特點，在一定條件下，節電最大可達50％。采用脈沖電源，打弧時間縮短，油孔可不堵使得輔裝爐時間縮短，電源操作簡單，易于控制。
五、結論 編輯本段
在曲軸產品上采用離子氮化工藝在技術上是比較先進的，氮化質量要優于傳統的氣體氮化，目前在設備使用過程中發現的一些問題也較容易得到解釋和解決，而脈沖電源的研制成功又使得輔助裝爐時間縮短，弧清洗時間縮短，節省能源，離子氮化工藝的許多優點將為愈來愈多的曲軸廠家所認識。
我所愿與曲軸廠家一道，不斷完善設備和工藝，為提高曲軸產品的質量作出我們應盡的努力。
我所愿與曲軸廠家一道，不斷完善設備和工藝，為提高曲軸產品的質量作出我們應盡的努力。
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