高氏根据多年高频退火设备生产经验聊聊高精度机床导轨渗氮变形

高精度机床导轨是半导体制造加工设备和光刻机的重要零件，包括光刻机与精密工作台等V形导轨、双圆弧导轨及平面导轨等。这类零件的质量、精度及尺寸稳定性直接影响精密设备的精度和使用寿命，因而要求工件具有高强度、高硬度、高耐磨性和优良的尺寸稳定性。渗氮处理表面强化处理温度低，变形小，而且表面硬度高，耐磨性高，工件表面产生很大的压应力，约700 - lOOOMPa，心部调质组织具有较高的强韧性。高精度零件常采用38CrMoAIA钢渗氮处理。生产中发现，某些精密机床导轨采用渗氮钢38CrMoAIA钢渗氮处理后变形仍较大并且不稳定，影响精密设备精度和工作寿命'一些较大变形工件超差报废，经济损失较大。

试验结果表明，零件渗氮时产生的变形大小主要决定于工件形状对称性程度，对称性越差，工件变形越大。图7-13a所示为200帧摄影机抓片爪。渗氮试验（图7-13b)表明，采用屏蔽（对称受热处理）的抓片爪1的平面度误差<0.Olmm，而未屏蔽（不对称）处理的抓片爪2A面凸起达0.15mm，比抓片爪1 大14倍。工件进行550℃x6h离子渗氮处理。同样，V形导轨(图7-14)经540℃ x8h离子渗氮，加屏蔽（对称)B面和A面两侧面积渗氮体积相近，B面变形很小(0.01 -0.015mm)，A面有V形面导轨靠近，增大了A面渗氮面积，不对称性明显，A面凸起达0.15mrn以上。影响零件渗氮变形的因素还有工件材料、应力状态和渗氮工艺等；但是试验表明，这些因素对工件变形的影响和零件几何形状的影响相比是微不足道的。

研究表明，零件渗氮变形主要原因是工件结构不对称，变形规律通常向工件尺寸较大一侧凸起。渗氮后工件表面比体积增大，产生组织应力引起工件变形。工件表面压应力达900MPa左右。以图7-15试验导轨为例，A、B面所受压力总和分别为

防止和减小零件渗氮变形措施如下：

(1)渗氮零件应尽量设计采用对称结构。对于非对称零件，采用等效渗氮处理，即在非对称件不进行渗氮处理表面进行屏蔽处理，屏蔽法可用机械法或化学（防渗氮涂料）法，以平衡不对称结构，使渗氮变形大为减少。

（2)在满足零件技术性能要求的前提下，尽量采用薄渗氮层，并减少加工余量。

(3)渗氮工艺应选择较低渗氮温度和较短渗氮时间，并且对工件进行等量加工。非等量加工对精密导轨类零件易造成较大应力，从而产生．较大变形。