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钢的渗氮技术及检验
2013年7月
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目录
渗氮基本原理
氮化方法
渗氮钢及预先热处理
渗氮工艺及实践
渗氮设备
渗氮件的品质检验
渗氮硬化层深度的测定和金相组织检验
氮化常见问题分析
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渗氮基本原理
渗氮定义：是在一定温度下一定介质中使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺。
钢的渗氮通常在480~580℃进行，抗蚀渗氮或含钛2%以上的钢种的渗氮温度一般也不超过650℃.渗氮层表面硬度高而且表面处于压应力状态，能显著提高钢的耐磨性与疲劳强度，改善耐蚀性和抗擦伤性能。500℃以下长时间加热，渗氮层硬度可基本保持不变。
渗氮的目的：是为了提高钢铁制件的表面硬度，耐磨性，疲劳性能及抗腐蚀性能。
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渗氮基本原理
传统的气体渗氮是把工件放入密封容器中，通以流动的氨气并加热，保温较长时间后，氨气热分解产生活性氮原子，不断吸附到工件表面，并扩散渗入工件表层内，从而改变表层的化学成分和组织，获得优良的表面性能。
如果在渗氮过程中同时渗入碳以促进氮的扩散，则称为氮碳共渗。
常用的是气体渗氮和离子渗氮。
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氮化原理
零件经过氮化以后，它的表层组织由于氮的渗入而发生了变化。由铁氮系状态图中可知，其形成五种相，即α相、γ相、γ′相、ε相和ζ相。
α相是氮在α-Ｆe中的间隙固溶体，α相在缓慢冷却过程中将析出γ′相。
γ相是氮在γ-Fe中的间隙固溶体，即含氮奥氏体。缓冷时γ相发生共析反应，生成共析组织（α+γ′）。
γ′相是有序面心立点阵的间隙相，存在于680℃以下。γ′相有较高的硬度（HV550）和韧性。
ε相是含氮范围很宽的间隙相化合物，-%，成分近似于Fe2-3N。随着温度的降低，ε相中不断析出γ′相。
ζ相是以密排六方点阵为化合物Fe2N为基的间隙固溶体，-%范围内，性脆、耐腐蚀。
氮化层的组织****惯上都说成由白亮层、α＋γ′、α这三层组成。
Fe-N状态图中的相
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氮化原理
合金钢中氮化层的形成，氮不仅与铁发生作用，而且与合金元素也发生作用。
如果在590℃以下进行氮化，氮首先溶入α-Fe中形成α相。
当氮达到α-Fe的饱和浓度后，便与氮化物形成元素发生作用，按照氮与合金元素亲和力的强弱，依次形成氮化物。例如38CrMoAlA，先形成极为弥散的氮化铝，然后形成氮化钼，最后形成氮化铬。
合金元素与氮的亲和力越大，所形成的氮化物越稳定，熔点、硬度也越高。
氮化物的稳定性按下列次序降低，即Ti、Al、V、Nb、W、Mo、Cr、Mn、Fe的氮化物。
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氮化方法
氮化工艺方法
硬氮化：学名‘渗氮’，也有人称为常规氮化。渗入钢表面的是单一的‘氮’元素，在方法上有气体法和离子法等。
对于结构零件通常选用的钢种为含铬、钼、钛、铝等合金元素的专用钢，也有在其它钢种上进行渗氮的，例如不锈钢、模具钢等。
渗氮处理的温度通常在480～540℃范围（既要保持工件的心部的调质硬度又要使渗氮层的硬度达到要求值），处理的时间按照要求深度不同，一般为15～70小时，甚至更长。
渗氮的着眼点是希望获得较深厚度（～,也有要求更深一些的）具有高硬度的呈弥散状的合金氮化物层（即扩散层），对于出现外表层的化合物层（白亮层）则希望尽可能的浅簿，甚至希望没有。
软氮化：软氮化实质上是以渗氮为主的低温碳氮共渗，钢的氮原子渗及的同时，还有少量的碳原子渗入，其处理结果与前述一般气体氮相比，渗层硬度较低，脆性较小，故称为软氮化。
软氮化方法分为气体软氮化和液体软氮化两大类。
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氮化工艺方法
软氮化
常用的共渗介质有尿素、甲酰***和三乙醇***，它们在软氮化温度下发生热分解反应，产生活性碳、氮原子。活性碳、氮原子被工件表面吸收，通过扩散渗入工件表层，从而获得以氮为主的碳氮共渗层。气体软氮化温度常用560-570℃，因该温度下氮化层硬度值最高。氮化时间常为2-3小时，，随时间延长，氮化层深度增加很慢。
软氮化层组织和软氮化特点：钢经软氮化后，表面最外层可获得几微米至几十微米的白亮层，它是由ε相、γ`相和含氮的渗碳体Fe3（C，N）所组成，-，它主要是由γ`相和ε相组成。
软氮化具有以下特点：(1)处理温度低，时间短，工件变形小。 (2)不受钢种限制，碳钢、低合金钢、工模具钢、不锈钢、铸铁及铁基粉未冶金材料均可进行软氮化处理。工件经软氮化后的表面硬度与氮化工艺及材料有关。（3）能显著地提高工件的疲劳极限、耐磨性和耐腐蚀性。在干摩擦条件下还具有抗擦伤和抗咬合等