離子滲氮作為節(jié)能、省氣、少污染的先進熱處理工藝，具有滲氮質(zhì)量高，滲氮速度快，工件畸變小的優(yōu)勢，已逐步取代氣體滲氮成為生產(chǎn)實踐中最常用的工件表面強化方法之一。近年來，我司承接了許多各種材料，不同服役條件產(chǎn)品的離子滲氮試制任務(wù)，做了大量技術(shù)攻關(guān)試驗工作，通過調(diào)整工藝參數(shù)并在裝爐方式、工夾具、工藝操作等諸多環(huán)節(jié)上積累了不少生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，進一步擴大了離子滲氮工藝在各類機械零件上的應(yīng)用。現(xiàn)將已完成的典型工件介紹如下： 

一、  局部滲氮的不銹鋼工件  

輝光放電的離子轟擊作用，能直接去除不銹鋼表面的鈍化膜，對需局部滲氮的不銹鋼工件可方便地用機械屏蔽方法解決。故需局部滲氮的不銹鋼汽車零件常用離子滲氮強化表面，材料有304、316，Cr13型等。 

例：某核電站控制閥零件，材料420（2Cr13），滲氮技術(shù)條件：表面硬度＞850HV1，硬化深度0.20-0.25mm，需局部防滲。（圖一.零件滲氮部分及防滲工裝示意圖）工件淬火后進行滲氮：離子滲氮后表面硬度980-1050HV1，硬化深度0.23-0.25mm(基體硬度30HRC)，尺寸基本不變形。（原采用氣體滲氮尺寸脹大約0.02mm）            

二、擴散層有硬度要求的滲氮件   

     我國現(xiàn)行的離子滲氮質(zhì)量指標常用表面硬度和滲層深度兩項，而國際制造業(yè)根據(jù)工件服役時受力情況，往往對滲氮件增加滲層（擴散層）硬度指標，即要求滲氮層硬度梯度平緩，這對提高工件抗疲勞性能十分有利。離子滲氮層的硬度及硬度梯度取決于材料種類和不同的滲氮工藝，擴散層硬度指標的提出對離子滲氮技術(shù)提出了更高的要求，按常規(guī)的離子滲氮工藝生產(chǎn)很難達到質(zhì)量指標。我們通過工藝試驗，不斷調(diào)整了滲氮溫度和時間等工藝參數(shù)，達到了質(zhì)量控制目標。 

以下(表1)是幾種有擴散層硬度要求零件滲氮后的測試結(jié)果。  

表1 部分零件滲氮擴散層硬度測試結(jié)果  

 三、大型薄壁件的離子滲氮   

離子滲氮處理時加熱溫度低，這對要求熱處理后變形要求高的工件非常有利。某加熱板工件，材料15CrMo，工件尺寸1820×1620×75，板上分布了許多大小不一的孔洞，滲氮時需將孔洞全堵上。由于工件尺寸大且截面厚薄不均勻，形狀又復(fù)雜，熱處理時極易變形。對此采取相應(yīng)的措施： 

1．合理安排了冷熱加工工序：坯料→正火+高溫回火→切削、鉆孔、初磨→穩(wěn)定化處理（580℃）→精磨→離子滲氮。 

2．離子滲氮時采用階梯升溫，減少電流密度升溫等措施。滲氮工藝曲線見圖2。 

離子滲氮質(zhì)量檢測結(jié)果見表2。

表2  加熱板離子滲氮質(zhì)量檢測結(jié)果

      3．加熱板離子滲氮硬度梯度曲線見圖（基體硬度185HV）  

  經(jīng)測量，離子滲氮后平板最大變形＜0.15mm,無需后續(xù)機械加工，完全滿足了設(shè)計要求。 

 四、深層離子滲氮的動力設(shè)備件  

42CrMo輥端軸套(圖4)是軋機傳動軸零件，使用時要求具有較高的耐磨性和抗疲勞性能。軸套離子滲氮技術(shù)條件為內(nèi)孔表面硬度＞600HV，硬化深度＞0.80mm。超常規(guī)的（0.20-0.50mm）的滲氮層深度要求與較高的表面硬度這對相互制約的質(zhì)量指標是滲氮技術(shù)的控制難點。為此研制了相應(yīng)的深層離子滲氮工藝并精心操作，完成了工藝過程，達到了技術(shù)指標。

  離子滲氮后的軸套零件內(nèi)孔表面硬度達720HV，硬化層深度達0.86mm（基體硬度340HV）,完全達到零件的設(shè)計要求。滲氮層硬度梯度曲線見圖5。 

  深層離子滲氮技術(shù)在港口機械小針輪零件(材料42CrMo)上也得到過較好應(yīng)用。

  深層離子滲氮工藝的開發(fā)成功為拓展離子滲氮在大型機械零件表面強化上的應(yīng)用作了嘗試。 

 五、幾點體會  

1．離子滲氮工藝質(zhì)量高。離子滲氮工件表面硬度高，硬度梯度平緩，滲層均勻，韌性好，工藝重復(fù)性好。通過使用脈沖電源替代直流電源加熱設(shè)備后，設(shè)備自動化程度大大提高，操作簡化，控制精度高，進一步保證了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。 

2．離子滲氮工藝的節(jié)能減耗優(yōu)點體現(xiàn)在幾個方面：

      ⑴離子滲氮滲速快，處理時間短，耗能低，淺層滲氮優(yōu)勢明顯，在深層滲氮時，即便滲氮時間與氣體滲氮相差不大，但耗電量和耗氣量明顯降低。 

      ⑵降低了零件制造加工成本。離子滲氮畸變小，粗糙度變化小，局部滲氮方法簡單，零件滲氮后無需機械加工。此外，由于工藝材料適用性廣，不僅適合合金結(jié)構(gòu)鋼，工模具鋼，冷加工成型性、可焊性好的不銹鋼常用離子滲氮實現(xiàn)表面強化，且應(yīng)用增長較快。同樣，Q235、45等普通碳鋼也在離子滲氮工藝上得到較好應(yīng)用。這也大大降低了熱處理能耗和加工成本。 

      ⑶作為一種新興的工藝方法，在使用推廣中也遇到了不少問題。離子滲氮技術(shù)不僅與設(shè)備性能及工藝有關(guān)，裝爐方式，工裝，工藝操作等均起重要影響。離子滲氮時，由于工件形狀，裝爐量等影響，滲氮爐設(shè)備熱電偶顯示溫度與實際工件溫度相差較大，工件實際滲氮溫度的控制很大程度上取決于操作者的實踐經(jīng)驗。此外，對于不同材料，不同形狀工件的同爐混裝，生產(chǎn)中存在較大困難。另外，怎樣縮短深層滲氮的工藝時間，如何通過氣源的選擇，配比，控制滲氮層組織等問題都有待通過大量試驗解決。