·1716 工程科学学报，第38卷，第12期 逐步扩大后逐步缩小的过程，在108s时达到最大差值 表4数据显示，当粒度从16~40目变化成60~80 (30.00%).注意图6(c)中16~40目和60~80目样 目时，，值从164s缩短为101s,球心最大温升(1，和1。 品的最大转化速率时刻.值分别是135s和84s,当 时刻的温度差值)从147℃增大到233℃，1h转化率从 84s<t<135s时16~40目样品处在加速反应阶段，而 90.81%增大到93.64%，，时刻的转化速率从2112× 60~80目样品则已经开始减速反应，可以推测当1= 10-6s增加到6667×10-6s1,而t.时刻的转化速率 108s时两者的转化速率相等. 则从35.62×10-6s降低至16.44×106s.由于随 图6(c)中拟合曲线显示当【<l.时，r值快速增 着粒度变小，，值变小，而该时刻的转化速率还在增 大；当1=t时，r值达到最大值；当t>t时，r值快速衰 加，因此第一阶段的转化速率的平均加速度也随着粒 减：当1>600s时，r值缓慢趋近于零.比较图6和表4 度变小而急剧变大.表4中1，和t.的差值可用来评估 的特征时间的数据可以发现，l.比t。小17~47s,说明 第二阶段的时间长度，三个样品的差值分别为456、 反应速度峰值比温度峰值提前到来：600s时反应速度 448和455s,而该时段对应的转化速率下降值为 基本趋近于零，而t,值也在600s附近，说明温度恒定 1909×10-6s、2432×10-6s和6513×10-6s,因 时，氮化反应也已基本接近尾声.通过式(7)可计算峰 此第二阶段转化速率的平均加速度为负值，其绝对值 值反应速度为(t.σ√2m.计算显示：随着粒度变 也随着粒度变小而变大. 小，t.值从135s缩短为84s,峰值转化速率从4553× 2.2成球压力对氨化反应的影响 10-6s增加到9116×106s,该趋势与表4的t,时 对6(266MPa)、7(354MPa)和8(443MPa)锰球 刻的r值结果基本吻合 试样的实验数据进行处理后得到图7和表5. 970F(a 100 -231.954) 266 MPa 950 90 443 MPa- T 930 T (880.900) 910 80 257.930 266 MPa 890 70 354 MPa 970 (173.961) 354 MPa 0 .950 60 642.900) T 910 (179.9410 T 等 50 890 40 970 142.976) 443 MPa 30 950 686.900 930 7 20 910 (148.951d 10 0 150 300 450 600 75090010501200 600 1200 180024003000 3600 e 格 0.009 (c) 266 MPa 15213.835±16.327 0.006 0577 0.003 0.0o89 354 MPa 143.871±16371 0.006 T0.64出0.088 0.003 0.008 443 MPa 101599±10289 00.782.07 0 0 600 1200 1800 2400 3000 3600 s 图7不同成球压力下锰球氮化过程中实时曲线.(a)温度：(b)转化率：()转化速率 Fig.7 Real-time curves during the nitriding process of Mn pellets at different pelletizing pressures:(a)temperature:(b)conversion ratio:(c) conversion rate 由图7(a)可知，成球压力为266、354和443MPa 高度 的试样经过第一阶段的反应后，球心峰值温度分别为 表6显示，成球压力对锰球体积缩小的影响不是 954、961和976℃，而到达峰值温度的时间分别为 线性的，相应地在图7(a)中t,值的影响也不是均匀 231、173和142s,说明增加成球压力能够提高第一阶 的.产生这种影响的原因是：体积缩小增强了单位体 段的反应速度.成球压力的增大直接导致锰球高度的 积内的反应强度，从而提高第一阶段氮化反应速度和 变化.表6列出在不同成球压力下未氮化锰球的边部 锰球的温升工程科学学报，第 38 卷，第 12 期 逐步扩大后逐步缩小的过程，在 108 s 时达到最大差值 ( 30. 00% ) ． 注意图 6( c) 中 16 ～ 40 目和 60 ～ 80 目样 品的最大转化速率时刻 tc 值分别是 135 s 和 84 s，当 84 s ＜ t ＜ 135 s 时 16 ～ 40 目样品处在加速反应阶段，而 60 ～ 80 目样品则已经开始减速反应，可以推测当 t = 108 s 时两者的转化速率相等． 图 6( c) 中拟合曲线显示当 t ＜ tc 时，r 值快速增 大; 当 t = tc时，r 值达到最大值; 当 t ＞ tc时，r 值快速衰 减; 当 t ＞ 600 s 时，r 值缓慢趋近于零． 比较图 6 和表 4 的特征时间的数据可以发现，tc比 tp小 17 ～ 47 s，说明 反应速度峰值比温度峰值提前到来; 600 s 时反应速度 基本趋近于零，而 ti值也在 600 s 附近，说明温度恒定 时，氮化反应也已基本接近尾声． 通过式( 7) 可计算峰 值反应速度为( tcσ 槡2π) － 1 ． 计算显示: 随着粒度变 小，tc值从 135 s 缩短为 84 s，峰值转化速率从 4553 × 10 － 6 s － 1 增加到 9116 × 10 － 6 s － 1 ，该趋势与表 4 的 tp时 刻的 r 值结果基本吻合． 表 4 数据显示，当粒度从 16 ～ 40 目变化成 60 ～ 80 目时，tp值从 164 s 缩短为 101 s，球心最大温升( tp和 te 时刻的温度差值) 从 147 ℃增大到 233 ℃，1 h 转化率从 90. 81% 增大到 93. 64% ，tp时刻的转化速率从 2112 × 10 － 6 s － 1 增加到 6667 × 10 － 6 s － 1 ，而 te时刻的转化速率 则从 35. 62 × 10 － 6 s － 1 降低至 16. 44 × 10 － 6 s － 1 ． 由于随 着粒度变小，tp 值变小，而该时刻的转化速率还在增 加，因此第一阶段的转化速率的平均加速度也随着粒 度变小而急剧变大． 表 4 中 ti和 tp的差值可用来评估 第二阶段的时间长度，三个样品的差值分别为 456、 448 和 455 s，而 该 时 段 对 应 的 转 化 速 率 下 降 值 为 1909 × 10 － 6 s － 1 、2432 × 10 － 6 s － 1 和 6513 × 10 － 6 s － 1 ，因 此第二阶段转化速率的平均加速度为负值，其绝对值 也随着粒度变小而变大． 2. 2 成球压力对氮化反应的影响 对 6# ( 266 MPa) 、7# ( 354 MPa) 和 8# ( 443 MPa) 锰球 试样的实验数据进行处理后得到图 7 和表 5． 图 7 不同成球压力下锰球氮化过程中实时曲线． ( a) 温度; ( b) 转化率; ( c) 转化速率 Fig． 7 Ｒeal-time curves during the nitriding process of Mn pellets at different pelletizing pressures: ( a) temperature; ( b) conversion ratio; ( c) conversion rate 由图 7( a) 可知，成球压力为 266、354 和 443 MPa 的试样经过第一阶段的反应后，球心峰值温度分别为 954、961 和 976 ℃，而到达峰值温度的时间分别为 231、173 和 142 s，说明增加成球压力能够提高第一阶 段的反应速度． 成球压力的增大直接导致锰球高度的 变化． 表 6 列出在不同成球压力下未氮化锰球的边部 高度． 表 6 显示，成球压力对锰球体积缩小的影响不是 线性的，相应地在图 7 ( a) 中 tp 值的影响也不是均匀 的． 产生这种影响的原因是: 体积缩小增强了单位体 积内的反应强度，从而提高第一阶段氮化反应速度和 锰球的温升． ·1716·