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原理应用
渗入钢中的氮一方面由表及里与铁形成不同含氮量的氮化铁，一方面与钢中的合金元素结合形成各种合金氮化物，特别是氮化铝、氮化铬。这些氮化物具有很高的硬度、热稳定性和很高的弥散度，因而可使渗氮后的钢件得到高的表面硬度、耐磨性、疲劳强度、抗咬合性、抗大气和过热蒸汽腐蚀能力、抗回火软化能力，并降低缺口敏感性。与渗碳工艺相比，渗氮温度比较低，因而畸变小，但由于心部硬度较低，渗层也较浅，一般只能满足承受轻、中等载荷的耐磨、耐疲劳要求，或有一定耐热、耐腐蚀要求的机器零件，以及各种切削刀具、冷作和热作模具等。渗氮有多种方法，常用的是气体渗氮和离子渗氮。
钢铁渗氮的研究始于20世纪初，20年代以后获得工业应用。最初的气体渗氮，仅限于含铬、铝的钢，后来才扩大到其他钢种。从70年代开始，渗氮从理论到工艺都得到迅速发展并日趋完善，适用的材料和工件也日益扩大，成为重要的化学热处理工艺之一。
气体渗入
一般以提高金属的耐磨性为主要目的，因此需要获得高的表面硬度。它适用于38CrMoAl等渗氮钢。渗氮后工件表面硬度可达HV850～1200。渗氮温度低，工件畸变小，可用于精度要求高、又有耐磨要求的零件，如镗床镗杆和主轴、磨床主轴、气缸套筒等。但由于渗氮层较薄，不适于承受重载的耐磨零件。
还有以抗蚀为目的的气体渗氮，渗氮温度在550～700℃之间,保温0.5～3小时，氨分解率为35～70%，工件表层可获得化学稳定性高的化合物层，防止工件受湿空气、过热蒸汽、气体燃烧产物等的腐蚀。
正常的气体渗氮工件，表面呈银灰色。有时，由于氧化也可能呈蓝色或黄色，但一般不影响使用。
渗氮工艺常用的气体渗氮工艺有等温渗氮、二段式渗氮和三
段式渗氮三种方法。
为减少渗氮层的脆性，在渗氮结束前2~4h进行退氮处理，氨分解率提高到70%以上，退氮温度提高到560~570℃。
等温渗氮工艺过程简单，渗氮温度较低、渗层浅、零件变形小、表面硬度高，但渗氮速度慢，产生周期长，适用于渗氮深度浅，尺寸精度和硬度要求高的零件。
c.三段式渗氮三段式渗氮工艺曲线如图2-44所示。
它是在二段式渗氮基础上发展起来的。这种工艺是将第二阶段的温度适当提高，以加快渗氮过程，同时增加较低温度的第三阶段，以弥补因第二阶段氮的扩散快而使表面氮浓度过低，保证表面含氮量以提高表面硬度。
三段式渗氮能进一步提高渗氮速度，但硬度比一般渗氮工艺低，脆性、变形等比一般渗氮工艺略大。
离子渗入
又称辉光渗氮，是利用辉光放电原理进行的。把金属工件作为阴极放入通有含氮介质的负压容器中，通电后介质中的氮氢原子被电离，在阴阳极之间形成等离子区。在等离子区强电场作用下，氮和氢的正离子以高速向工件表面轰击。离子的高动能转变为热能，加热工件表面至所需温度。由于离子的轰击，工件表面产生原子溅射，因而得到净化，同时由于吸附和扩散作用，氮遂渗入工件表面。
与一般的气体渗氮相比，离子渗氮的特点是：①可适当缩短渗氮周期;②渗氮层脆性小;③可节约能源和氨的消耗量;④对不需要渗氮的部分可屏蔽起来，实现局部渗氮;⑤离子轰击有净化表面作用，能去除工件表面钝化膜，可使不锈钢、耐热钢工件直接渗氮;⑥渗层厚度和组织可以控制。
离子渗氮发展迅速，已用于机床丝杆、齿轮、模具等工件。
二、缺点：设备控制复杂，炉温均匀性不好。
氮碳共渗
低温氮碳共渗又称软氮化,即在铁-氮共析转变温度以下，使工件表面在主要渗入氮的同时也渗入碳。碳渗入后形成的微细碳化物能促进氮的扩散，加快高氮化合物的形成。这些高氮化合物反过来又能提高碳的溶解度。碳氮原子相互促进便加快了渗入速度。此外，碳在氮化物中还能降低脆性。氮碳共渗后得到的化合物层韧性好，硬度高，耐磨，耐蚀，抗咬合。
氰化cyaniding，指高温碳氮共渗(早期的碳氮共渗是在有毒的氰盐浴中进行)。由于温度比较高，碳原子扩散能力很强，所以以渗碳为主,形成含氮的高碳奥氏体，淬火后得到含氮高碳马氏体。由于氮的渗入促进碳的渗入,使共渗速度较快，保温4～6h可得到0.5～0.8mm的渗层，同时由于氮的渗入，提高了过冷奥氏体的稳定性，加上共渗温度比较低，奥氏体晶粒不会粗大，所以钢件碳氮共渗后可直接淬油，渗层组织为细针状的含氮马氏体加碳氮化合物和少量残余奥氏体。碳氮共渗层比渗碳层有更高的硬度、耐磨性、抗蚀性、弯曲强度和接触疲劳强度。但一般碳氮共渗层比渗碳层浅，所以一般用于承受载荷较轻，要求高耐磨性的零件。
处理工艺
在渗氮零件的整个制造过程中，渗氮往往是最后一道工序，至多再进行精磨或研磨。渗氮零件的工艺流程一般为：锻造→正火(退火)→粗加工→调质→精加工→去应力→粗磨→渗氮→精磨→装配。
氮化前的预热处理包括正火(退火)、调质处理、去应力。
a.正火(退火)，其目的是细化晶粒、降低硬度、消除锻造应力。
b.调质处理，可以改善钢的加工性能，获得均匀的回火索氏体组织，以保证零件心部有足够的强度和韧性，同时又能使渗氮层和基本结合牢固。
c.去应力处理，对于形状复杂的精密零件，在渗氮前应进行1~2次去应力，以减少渗氮过程中的变形。
生产准备
a.去污处理。零件装炉前要用汽油或酒精进行脱脂、去污处理，零件表面不允许有锈蚀及脏污。
b.防渗处理。对零件非渗氮部分，可用电镀或涂料法进行防渗氮处理。
c.渗氮件的表面质量应良好，不允许有脱碳层存在，因此，零件在预先热处理前应留有足够的加工余量，以便在渗氮前的机加工能将脱碳层全部去除，以保证渗氮层的质量。
d.装炉前检查设备和渗氮夹具、电系统、管道、氨分解测定仪等应保证正常使用;渗氮夹具不允许有脏物或氧化皮，如有应清除。
e.随炉试样。随炉的试样应与渗氮零件通材料并经过同样的预先处理。
※氮化表面硬度或深度不够
(1)可能是钢料化学成分不适合作氮化处理
(2)可能是氮化处理前的组织不适合
(3)可能是氮化温度过高或太低
(4)炉中之温度或流气不均匀
(5)氨气的流量不足
※氮化工件弯曲很厉害
(1)氮化前的弛力退火处理没有做好
(2)工件几何曲线设计不良，例如不对称、厚薄变化太大等因素
(3)氮化中被处理的工件放置方法不对
(4)被处理工件表面性质不均匀，例如清洗不均或表面温度不均等因素
※氮化工件发生龟裂剥离现象
(1)氨的分解率超过85%，可能发生此现象
(2)渗氮处理前工件表面存在脱碳层
(3)工件设计有明显的锐角存在
(4)白层太厚时
※氮化工件的白层过厚
(1)渗氮处理的温度太低
(2)氨的分解率低于15%时，可能发生此现象
(3)在冷却过程不恰当
※氮化处理时之氨分解率不稳定
(1)分解率测定器管路漏气
(2)渗氮处理时装入炉内的工件太少
(3)炉中压力变化导致氨气流量改变
(4)触媒作用不当
※工件需进行机械加工处如何防止渗碳
(1)镀铜法，镀上厚度20mm以上的铜层
(2)涂敷涂敷剂后干燥，可使用水玻璃溶液中悬浮铜粉
(3)涂敷防碳涂敷剂后干燥，主要使用硼砂和有机溶剂为主
(4)氧化铁和黏土混合物涂敷法
(5)利用套筒或套螺丝
※渗碳后工件硬度不足
(1)冷却速度不足，可利用喷水冷却或盐水冷却
(2)渗碳不足，可使用强力渗碳剂
(3)淬火温度不足
(4)淬火时加热发生之脱碳现象所导致，可使用盐浴炉直接淬火
※渗碳层剥离现象
(1)含碳量之浓度坡度太大，应施以扩散退火
(2)不存在中间层，应缓和渗碳的速率
(3)过渗碳现象，可考虑研磨前次之渗碳层
(4)反复渗碳亦可能产生渗碳层剥离的现象
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