等离子体氮化技术在曲轴生产中的应用
一、曲轴离子软氮化工艺参数的理论范围 编辑本段
就曲轴等离子体氮化技术而言，大多数厂家采用了离子软氮化技术，其工艺参数的制定一般应遵循以下几项原则：
1. 氮化温度的选择范围
等离子体氮化就是利用真空辉光放电的方法把氮渗入金属表面形成FeN 的一种化学热处理方法。在铁氮相图中，580℃为同素异晶转变点，低于580℃其组织为α铁，高于580℃其组织转变为γ铁。通常，提高处理温度有助于氮化物的形成和获得较深的渗层（在相同时间内），这是因为扩散系数与温度的指数变化成正比。但是，由于在γ铁中氮的扩散系数仅为α铁中的1/4 ，当处理温度高于580℃时，渗层的增长反而减慢，因此，离子氮化的控制温度范围为520℃至580℃。
2. 软氮化温度的选择范围
对于碳钢或铸铁或低合金钢，人们常采用离子软氮化（低温碳、氮共渗）技术。就大量的实践表明：氮化层的硬度和渗层与温度、时间、浓度有极值关系。通常在氨气与丙酮之比为10:1，温度在560℃至580℃，时间在3至4小时之间，获得最佳的硬度和渗层。在铁氮碳三元相图中，同素异晶转变点略有降低，其等温截面大约降至575℃。当温度高于575℃时，随着温度的升高，渗层和硬度迅速下降，高于600℃时，渗层几乎完全消失。为使有较好的碳、氮共渗效果，离子软氮化的控制温度一般为540℃至580℃。
3. 其他因素对工艺参数的影响
以上是根据相图作出的工艺温度控制范围，实际上它还要受到其它因素的限制。
①为保证零件性能的综合要求，在离子氮化之前一般还需要进行预先热处理，离子氮化的上限温度不应超过预先热处理温度；
②根据零件易变形程度，选择适当的升温速度并应在预先热处理使组织充分均匀化。
综上所述：离子软氮化的温度控制范围应在540℃以上，时效温度以下，并根据零件的具体要求，选择合适的升温速度。
综上所述：离子软氮化的温度控制范围应在540℃以上，时效温度以下，并根据零件的具体要求，选择合适的升温速度。
二、曲轴离子氮化工艺 编辑本段
目前，国内生产曲轴所采用的典型材料为球墨铸铁和42CrMoTi。 与处理其他氮化零件相类似，曲轴的离子氮化工艺一般要经过打弧，升温，保温，冷却等4个阶段，包括出装炉，大致耗时18个小时。不同的厂家在离子氮化工艺上略有不同。
1. 清洗工艺
待处理零件装炉前应通过清洗使零件表面清洁无油，目前采用的主要清洗方法主要有下列方式：
①、高温蒸汽加清洗剂洗涤然后加高温蒸汽漂洗涤；
②、自动清洗机清洗；
③、汽油擦洗。
第三种方式是在生产条件不具备时的变通方法，仅适用于小规模清洗。
2. 氮化工艺
离子氮化工艺参数一般为：
平均升温速度100℃／小时；
保温温度：540～580℃之间；
保温时间：6～8小时。
离子软氮化工艺参数一般为：
平均升温速度100℃／小时；
保温温度：540～570℃之间；
保温时间：3～4小时。
1. 清洗工艺
待处理零件装炉前应通过清洗使零件表面清洁无油，目前采用的主要清洗方法主要有下列方式：
①、高温蒸汽加清洗剂洗涤然后加高温蒸汽漂洗涤；
②、自动清洗机清洗；
③、汽油擦洗。
第三种方式是在生产条件不具备时的变通方法，仅适用于小规模清洗。
2. 氮化工艺
离子氮化工艺参数一般为：
平均升温速度100℃／小时；
保温温度：540～580℃之间；
保温时间：6～8小时。
离子软氮化工艺参数一般为：
平均升温速度100℃／小时；
保温温度：540～570℃之间；
保温时间：3～4小时。
三、曲轴氮化过程中的质量控制 编辑本段
1. 清洗
清洗的好坏将直接影响曲轴的处理质量和延长处理周期。如果曲轴表面脏，将大大延长打弧周期，某一厂家过去由于曲轴清洗不干净打弧时间延长到12小时以上。处理后的曲轴表面附着很多碳黑，既影响产品外观又影响产品质量。经改进清洗工艺后，打弧时间大大缩短，处理质量也大大提高。据我们在东风汽车制泵厂处理柴油机油泵上的通道板的经验来看，表面清洁易形成连续的厚度较为均匀的化合物层，反之则不易形成连续和厚度均匀的化合物层。而在离子氮化时化合物层对硬度、耐磨及抗疲劳性能有较大贡献。 这主要是不洁净的表面所形成的碳黑以游离碳的形式存在，影响零件表面的活化，阻碍了渗氮。
2. 设备
离子氮化和传统的氮化工艺相比具有很多优点，但是由于其真空放电的特殊性，又带来了一很大的弊病，这就是炉内零件温度分布的不均匀性。这一方面是因为零件表面的形状将影响表面电流密度的分布，省电，省材料，耗能小；④无环境污染等等。
经过离子氮化的零件，其表面硬度较高，抗疲劳强度、减磨等性能均获得了改善。
清洗的好坏将直接影响曲轴的处理质量和延长处理周期。如果曲轴表面脏，将大大延长打弧周期，某一厂家过去由于曲轴清洗不干净打弧时间延长到12小时以上。处理后的曲轴表面附着很多碳黑，既影响产品外观又影响产品质量。经改进清洗工艺后，打弧时间大大缩短，处理质量也大大提高。据我们在东风汽车制泵厂处理柴油机油泵上的通道板的经验来看，表面清洁易形成连续的厚度较为均匀的化合物层，反之则不易形成连续和厚度均匀的化合物层。而在离子氮化时化合物层对硬度、耐磨及抗疲劳性能有较大贡献。 这主要是不洁净的表面所形成的碳黑以游离碳的形式存在，影响零件表面的活化，阻碍了渗氮。
2. 设备
离子氮化和传统的氮化工艺相比具有很多优点，但是由于其真空放电的特殊性，又带来了一很大的弊病，这就是炉内零件温度分布的不均匀性。这一方面是因为零件表面的形状将影响表面电流密度的分布，省电，省材料，耗能小；④无环境污染等等。
经过离子氮化的零件，其表面硬度较高，抗疲劳强度、减磨等性能均获得了改善。
四、曲轴的离子氮化工艺现状 编辑本段
与处理其他氮化零件相类似，曲轴的离子氮化工艺一般要经过打弧，升温，保温，冷却等4个阶段，包括出装炉，大致耗时18个小时。不同的厂家在离子氮化工艺上略有不同。
关于变形，只要时效处理好（大约2～4小时），均匀升温就可保证变形较小，潍坊柴油机厂的氮化曲轴轴向跳动一般不超过3丝。
关于软氮化，大连柴油机厂采用氨气加丙酮的办法，保温时间为5小时左右据反映离子软氮化比氮化变形要稍大一些，根据我们在东风汽车制造厂处理通道板及驱动环的经验来看，采用氨气加丙烷气作离子软氮化处理，工艺过程更容易控制。
关于变形，只要时效处理好（大约2～4小时），均匀升温就可保证变形较小，潍坊柴油机厂的氮化曲轴轴向跳动一般不超过3丝。
关于软氮化，大连柴油机厂采用氨气加丙酮的办法，保温时间为5小时左右据反映离子软氮化比氮化变形要稍大一些，根据我们在东风汽车制造厂处理通道板及驱动环的经验来看，采用氨气加丙烷气作离子软氮化处理，工艺过程更容易控制。
最近我所研制的大功率脉冲电源，平均功率已在120A以上，已完全能满足150ＫＷ炉体进行氮化的要求。新的脉冲电源经考核比过去的电源其稳定性可靠性更好。由于省去了限流电阻，仅此一项就可节电约为20％，加之脉冲电源的其他特点，在一定条件下，节电最大可达50％。采用脉冲电源，打弧时间缩短，油孔可不堵使得辅装炉时间缩短，电源操作简单，易于控制。
五、结论 编辑本段
在曲轴产品上采用离子氮化工艺在技术上是比较先进的，氮化质量要优于传统的气体氮化，目前在设备使用过程中发现的一些问题也较容易得到解释和解决，而脉冲电源的研制成功又使得辅助装炉时间缩短，弧清洗时间缩短，节省能源，离子氮化工艺的许多优点将为愈来愈多的曲轴厂家所认识。
我所愿与曲轴厂家一道，不断完善设备和工艺，为提高曲轴产品的质量作出我们应尽的努力。
我所愿与曲轴厂家一道，不断完善设备和工艺，为提高曲轴产品的质量作出我们应尽的努力。
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