為提高曲軸的疲勞強度，許多工廠采用了等離子體氮化技術，其中采用項技術以山東曲軸總廠、大連柴油機廠、東風集團朝陽柴油機公司等為典型代表。僅山東曲軸總廠就擁有LD－150A型等離子體氮化設備二十多臺，而朝陽柴油機公司以采用了LDMC－150A型國內(nèi)Z先進、功率Z大、裝爐量Z多的大型脈沖電源等離子體氮化設備而著名。下面僅根據(jù)在上述廠家所作的曲軸離子氮化工藝試驗談談我們的體會，供各位專家和同行們考。 
 

　　一、曲軸離子軟氮化工藝參數(shù)的理論范圍 
 

　　就曲軸等離子體氮化技術而言，大多數(shù)廠家采用了離子軟氮化技術，其工藝參數(shù)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(zhuǎn)變點，低于580℃其組織為α鐵，高于580℃其組織轉(zhuǎn)變?yōu)?gamma;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(nèi)），這是因為擴散系數(shù)與溫度的指數(shù)變化成正比。但是，由于在γ鐵中氮的擴散系數(shù)僅為α鐵中的1/4 ，當處理溫度高于580℃時，滲層的增反而減慢，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，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Z佳的硬度和滲層。在鐵氮碳三元相圖中，同素異晶轉(zhuǎn)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(shù)的影響 
 

　　以上是根據(jù)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(jù)零件易變形程度，選擇適當?shù)纳郎厮俣炔陬A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(jù)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 
 

　　目前，國內(nèi)生產(chǎn)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(jīng)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(chǎn)條件不具備時的變通方法，僅適用于小規(guī)模清洗。 
 

　　2. 氮化工藝 
 

　　離子氮化工藝參數(shù)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(shù)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(zhì)量控制 
 

　　1. 清洗 
 

　　清洗的好壞將直接影響曲軸的處理質(zhì)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(chǎn)品外觀又影響產(chǎn)品質(zhì)量。經(jīng)改進清洗工藝后，打弧時間大大縮短，處理質(zhì)量也大大提高。據(jù)我們在東風汽車制泵廠處理柴油機油泵上的通道板的經(jīng)驗來看，表面清潔易形成連續(xù)的厚度較為均勻的化合物層，反之則不易形成連續(xù)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。 
 

　　我們認為，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(tǒng)的氮化工藝相比具有很多優(yōu)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(nèi)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，耗能小；④無環(huán)境污染等等。 
 

　　經(jīng)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(xiàn)狀 
 

　　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(jīng)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(jù)反映離子軟氮化比氮化變形要稍大一些，根據(jù)我們在東風汽車制造廠處理通道板及驅(qū)動環(huán)的經(jīng)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。 
 

Z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(jīng)考核比過去的電源其穩(wěn)定性可靠性更好。由于省去了限流電阻，僅此一項就可節(jié)電約為20％，加之脈沖電源的其他特點，在一定條件下，節(jié)電Z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(jié)論 
 

　　在曲軸產(chǎn)品上采用離子氮化工藝在技術上是比較先進的，氮化質(zhì)量要優(yōu)于傳統(tǒng)的氣體氮化，目前在設備使用過程中發(fā)現(xiàn)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(jié)省能源，離子氮化工藝的許多優(yōu)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(chǎn)品的質(zhì)量作出我們應盡的努力。