软氮化概念基础
钢的氮化及碳氮共渗讲解
钢的氮化及碳氮共渗
钢的氮化（气体氮化）
概念：氮化是向钢的表面层渗入氮原子的过程，其目的是提高表面硬度和耐磨性，以及提高疲劳强度和抗腐蚀性。
它是利用氨气在加热时分解出活性氮原子，被钢吸收后在其表面形成氮化层，同时向心部扩散。
氮化通常利用专门设备或井式渗碳炉来进行。
适用于各种高速传动精密齿轮、机床主轴（如镗杆、磨床主轴），高速柴油机曲轴、阀门等。
氮化工件工艺路线：锻造－退火－粗加工－调质－精加工－除应力－粗磨－氮化－精磨或研磨。
由于氮化层薄，并且较脆，因此要求有较高强度的心部组织，所以要先进行调质热处理，获得回火索氏体，提高心部机械性能和氮化层质量。
钢在氮化后，不再需要进行淬火便具有很高的表面硬度大于HV850）及耐磨性。
氮化处理温度低，变形很小，它与渗碳、感应表面淬火相比，变形小得多钢的碳氮共渗：碳氮共渗是向钢的表层同时渗入碳和氮的过程，习惯上碳氮共渗又称作氰化。
目前以中温气体碳氮共渗和低温气体碳氮共渗（即气体软氮化）应用较是广。
中温气体碳氮共渗的主要目的是提高钢的硬度，耐磨性和疲劳强度，低温气体碳氮共渗以渗氮为主，其主要目的是提高钢的耐磨性和抗咬合性。
汽车排气阀软氮化工艺研究
1绪论1.1 课题背景及目的近年来，随着我国汽车工业的蓬勃发展，内燃机机型和产量不断增加，随着汽车发动机高功率化所产生的排气温度上升，排气净化率标准提高以及汽车轻量化的需求，对材料耐蚀性耐磨性、抗氧化性、高温性能和热强性等提出了苛刻的要求。
汽车排气阀是发动机上重要的工作部件及易损件，其工作条件异常恶劣，要在高温、高压、腐蚀性燃气中经受频繁往复的高速运动和摩擦，冲击负荷大，因此要求有较高的高温性能、耐磨性能、耐腐蚀性能等，其工作的好坏直接影响到发动机的工作性能，故制备排气阀的材料要求也极为苛刻。
自从发动机问世以来，气阀钢的材料已经历了碳钢和低合金钢，硅铬型不锈钢，奥氏体型耐热钢等多个发展阶段。
目前，国内外使用最多的是奥氏体型耐热钢，而这种耐热钢系列中，常见的有：4Cr10Si2Mo，4Cr9Si2，5Cr21Mn9Ni2N（21–2N），5Cr21Mn9Ni4N（21–4N）等钢种。
其中21–4N钢是上世纪50年代为节镍开发的阀门用奥氏体时效钢，目前国内外用于制造汽车、摩托车发动机排气阀应用最广的钢号，它是以奥氏体为基体，以碳、氮化合物作为沉淀硬化相对散分布以获得足够的高温强度、韧性、较高的硬度、耐磨性以及在冷热交变条件下组织的稳定性和较好的抗氧化、耐腐蚀性能，在工作温度700℃下具有良好的力学性能和高温性能。
由于21–4N钢碳氮锰含量较高，其变形抗力较1Cr18Ni9Ti 高30％，室温下强度高、塑性低、脆性大，且加工硬化效应明显，热变形温度范围窄，变形抗力大，生产过程中如锻造、热轧、冷拔时易出现裂纹，导致产品成品率较低，国内一些专业化生产企业该钢种的成品率仅70％–80％，这也是当前该材料亟待解决的重要问题。
1.2 论文的总体思路及主要研究内容21–4N奥氏体热钢具有很好的耐蚀性能，它主要用来制造发动机的排气阀。
发动机的排气阀不但要求具有良好的耐蚀性能和耐热性能，而且需要良好的耐磨性能。
但21–4N奥氏体耐热钢的硬度较低、耐磨性能较差。
软氮化金相检测标准_解释说明以及概述
软氮化金相检测标准解释说明以及概述1. 引言1.1 概述软氮化金相检测标准是用于评估和判定金属材料中软氮化现象的一个重要依据。
软氮化是指在金属表面上出现的一种特殊相，主要是由碳和氮元素组成的薄层混合物。
软氮化不仅会对金属材料的性能产生影响，还可能导致零件失效或者降低使用寿命。
因此，制定和实施软氮化金相检测标准对于确保金属材料质量、提高产品可靠性具有重要意义。
1.2 文章结构本文主要分为五个部分。
引言部分（第1节）首先对研究的背景和目的进行了概述，并介绍了文章的整体结构。
其后，第2节将详细解释说明软氮化金相检测标准的定义、重要性以及制定机构及流程。
接着，在第3节中，我们将对软氮化金相检测标准进行概述，包括标准内容和要点概述、相关检测方法介绍以及结果判定标准和评价方法。
在第4节中，我们将讨论实施软氮化金相检测标准的意义和挑战，包括其对金属材料行业的影响和推动作用、可能遇到的困难与解决方案以及国际合作与标准对比分析。
最后，在第5节中我们将总结主要观点和结论，并展望进一步研究和完善软氮化金相检测标准的方向。
1.3 目的本文旨在全面解释说明软氮化金相检测标准的定义、重要性以及制定机构及流程，并概述标准内容和要点，介绍检测方法以及结果判定标准和评价方法。
同时，我们将讨论实施该标准对金属材料行业的影响和推动作用，可能遇到的困难与解决方案，以及国际合作与标准对比分析。
通过这些内容，读者可以更好地了解并掌握软氮化金相检测标准，在实践中应用该标准进行质量控制和产品改进。
此外，本文也为今后进一步研究和完善软氮化金相检测标准提供了展望和参考。
2. 软氮化金相检测标准解释说明：2.1 什么是软氮化金相检测标准：软氮化金相检测标准是指一套用于评估和检测金属材料中软氮化层质量的规范和指导性文件。
软氮化层是一种通过将金属材料暴露在含有硝酸盐或亚硝酸盐的溶液中进行处理，以增强材料表面硬度和耐磨性的表面处理技术。
该标准旨在确保软氮化层的质量符合预定的要求。
碳氮共渗浅析
碳氮共渗与氮碳共渗其实没有什么区别，热处理一般的都通称为碳氮共渗。
只是碳氮共渗又分为：1.高温碳氮共渗，以渗碳为主，加热到奥氏体化，渗层深。
2.中温碳氮共渗，以渗碳为主，加热到奥氏体化，但温度比高温碳氮共渗低，渗层较浅，又叫氰化
3.低温碳氮共渗，以渗氮为主，加热到共析线以下，组织不发生相变，变形很小，又叫软氮化。
但我认为如果在0.5mm以内时，一次离子渗就可以达到，可以根据零件实际需要对渗层深度进行修正，这样即可以节约成本又可以满足使用需要。
碳氮共渗（carbonitrided）与氮碳共渗（nitrocarburized）的区别：
1、 碳氮共渗carbonitriding ：在奥氏体状态下，同时将碳、氮渗入钢件表层，并渗碳为主的化学热处理工艺。
气体软氮化（碳氮共渗）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，因为超过2.5小时，随时间延长，氮化层深度增加很慢。 可以看出碳氮共渗的温度最高，其组织由ε相、γ相和含氮的渗碳体Fe3（C，N）所组成，所以热应力和组织应力都较前两者大，再者渗层薄，所以不能承受重载。但这种处理也有优点，由于软氮化层不存在脆性ξ相，故氮化层硬而具有一定的韧性，不容易剥落。
4.碳氮共渗热处理的工艺温度低,一般淬火后的变形也小.
影视版主 2009-03-03 06:48
渗碳与碳氮共渗是有区别的:
渗碳一般都用880~940度,而碳氮共渗使用的温度比较低,一般在800~860度.
ummvixf 2009-03-03 06:49
2楼的说的不完全,对一些有安全要求的产品来说,选择渗碳更好点.其实两种工艺各有各的优点,具体要根据零件的服役条件及性能要求而选择.
软氮化的‘白亮层’
软氮化的‘白亮层’作者：hezj钢的氮碳共渗（软氮化）中，获得厚度不到一根头发粗、薄薄如纸的白亮层，隐藏着许多的秘密。
一方面在工程上获得广泛应用，也留下许多谜团。
下面仅就这个问题说说个人的一些看法。
一，白亮层的优缺点及其应用１，渗氮和铁素体氮碳共渗时，对碳素钢而言，钢表面有一层化合物层，相结构为γ，、ε、ε＋γ，三种基本形式；奥氏体氮碳共渗快冷时，临近化合物层下面还有一层含氮碳奥氏体的淬火层，相结构为M+A。
这种两种属性不同表面层，在弱酸性溶液中短时间浸蚀时抗蚀能力优于普通钢的基体组织，金相组织检查时，基体组织腐蚀出来后，仍然保持着为白色或灰白色，故称为‘白亮层’。
２，化合物白亮层，具有较高的硬度和良好的热硬性、较好的抗大气和淡水腐蚀性能和较低的摩擦系数。
含氮碳奥氏体淬火层具有中等硬度（可时效硬化）、耐磨性和耐蚀性（淬火态）都优于化合物层，其塑性也较高。
两种白亮层都有同样的问题，其内部的相结构不同，性能上而有所差别。
３，白亮层也有不足之处，单簿、脆性较大、怕酸、抗蚀性有限。
在应用上，选择有所侧重，通常按三个方面，即高耐磨性与抗疲劳性；较高抗蚀性与耐磨性；良好的滑动摩擦与减摩性。
同时要与钢牌号的选择相结合，优化组合达到工程上的不同要求。
所以，不要以为白亮层的优点是万能的，通用的，不讲条件的。
学以致用，掌握此门技术只是第一步，用好则是一种艺术。
４，化合物白亮层在通常渗氮的合金钢工件上，是否有利，要看使用条件。
对于局部承载力很大的零件，白亮层是有害的东西。
由于容易压碎而剥落，碎片将加速零件表面的磨损、划伤，使零件过早失效，还有可能散落到其他组件上造成事故。
尤其是高可靠性的精密机械，对化合物白亮层的厚度有严格的限制，甚至要求完全没有白亮层。
这时，扩散层（内氮化层）才是设计所需要的。
近代兴起的可控氮化技术，就是针对这个问题发展起来的。
可控氮化技术可以做到3～5μm以下（单相γ，），乃至无化合物层。
这是渗氮技术上的重大突破。
软氮化原理浅析课件
温度
氨气流量
钢铁中的合金元素对软氮化效果也有影响，如铬、镍 等元素可以提高氮化层的耐磨性和耐腐蚀性。
钢铁成分
氨气流量是影响软氮化效果的重要因素之一，流量过 小会使反应不充分；流量过大则可能引起局部过热， 导致氮化物粗大。
03
CATAL表面的油污、锈迹和杂 质，确保零件表面的清洁度。
智能化与自动化
结合先进的信息技术和制造技术，实现软 氮化过程的自动化和智能化控制，提高生 产效率。
THANKS
感谢观看
使用表面粗糙度仪测量软氮化 层的表面粗糙度，评估其光洁 度和摩擦性能。
化学成分分析
通过光谱分析或化学滴定等方 法，测定软氮化层中的氮、碳 等元素含量，了解其化学成分
和浓度分布。
软氮化质量控制措施
01
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控制温度
保持炉温稳定，避免温度波动 ，以确保软氮化层的均匀性和
质量。
控制时间
根据工艺要求，合理控制软氮 化时间，以保证软氮化层达到
如铜、铝等金属材料也可以进行软 氮化处理，以提高其综合性能。
软氮化材料的选用原则
根据用途选择材料
考虑经济效益
不同的用途需要不同性能的金属材料 ，因此需要根据具体用途选择适合的 金属材料进行软氮化处理。
在选择软氮化设备和材料时，需要考 虑经济效益，选择性价比高的设备和 材料，以降低生产成本。
根据工艺要求选择设备
当前研究与应用
目前，软氮化技术已成为一种成熟的表面处理技术，在许多 领域得到广泛应用。同时，随着新材料和新能源的发展，软 氮化技术也在不断创新和拓展，为新技术的应用提供了有力 支持。
软氮化技术的应用领域
汽车工业
软氮化处理广泛应用于汽车发动机、变速器和底盘等关键 部件，提高其耐磨性和耐腐蚀性，延长使用寿命。
几种常见的热处理种类及基本概念
几种常见的热处理种类及基本概念1．正火：将钢材或钢件加热到临界点AC3或ACM以上的适当温度保持一定时间后在空气中冷却，得到珠光体类组织的热处理工艺。
2．退火annealing：将亚共析钢工件加热至AC3以上20—40度，保温一段时间后，随炉缓慢冷却（或埋在砂中或石灰中冷却）至500度以下在空气中冷却的热处理工艺3．固溶热处理：将合金加热至高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中，然后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺4．时效：合金经固溶热处理或冷塑性形变后，在室温放置或稍高于室温保持时，其性能随时间而变化的现象。
5．固溶处理：使合金中各种相充分溶解，强化固溶体并提高韧性及抗蚀性能，消除应力与软化，以便继续加工成型6．时效处理：在强化相析出的温度加热并保温，使强化相沉淀析出，得以硬化，提高强度7．淬火：将钢奥氏体化后以适当的冷却速度冷却，使工件在横截面内全部或一定的范围内发生马氏体等不稳定组织结构转变的热处理工艺8．回火：将经过淬火的工件加热到临界点AC1以下的适当温度保持一定时间，随后用符合要求的方法冷却，以获得所需要的组织和性能的热处理工艺9．钢的碳氮共渗：碳氮共渗是向钢的表层同时渗入碳和氮的过程。
习惯上碳氮共渗又称为氰化，目前以中温气体碳氮共渗和低温气体碳氮共渗（即气体软氮化）应用较为广泛。
中温气体碳氮共渗的主要目的是提高钢的硬度，耐磨性和疲劳强度。
低温气体碳氮共渗以渗氮为主，其主要目的是提高钢的耐磨性和抗咬合性。
10．调质处理quenching and tempering：一般习惯将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理。
调质处理广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。
调质处理后得到回火索氏体组织，它的机械性能均比相同硬度的正火索氏体组织为优。
它的硬度取决于高温回火温度并与钢的回火稳定性和工件截面尺寸有关，一般在HB200—350之间。
氮化知识培训
氮化知识培训1、氮化的定义是什么？氮化又叫渗氮，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。
2、硬氮化与软氮化的区别是什么？氮化可分为硬氮化和软氮化，通常说的氮化是指硬氮化，软氮化是在硬氮化的基础上发展起来的，且越来越受到广泛的应用。
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，主要有气体法和离子法等方法。
软氮化：学名‘氮碳共渗’，渗入钢表面的元素以氮为主，同时添加了碳。
碳的加入使表面化合物层（白亮层）的形成和性能得到某些甚至是明显的改善。
3、气体软氮化的原理是什么？整个渗氮过程分为NH3分解为得到活性氮原子，钢件表面吸收氮原子，然后氮原子从表面向里扩散这三个过程。
渗氮过程：2NH3→2[N]+3H2CO2+H2→CO+H2O CO+H2→[C]+H2OFe+2[N]→Fe2N (Fe4N,Fe2-3N)Fe-N系形成的5种相：α相氮在α-Fe中的间隙固溶体，也称含氮铁素体。
590℃时，氮在α-Fe 中的固溶度最大，氮的质量分数约为0.1%，随温度下降，α相缓慢析出γ´相。
γ相氮在γ-Fe中的间隙固溶体，也称含氮奥氏体，存在于共析温度590℃以上，缓冷时发生γ相共析转变，生成共析组织（α+γ´）；如果快冷，则形成含氮马氏体。
γ´相以Fe4-N为基体的固溶体，在680℃以下稳定存在。
在680℃以上转变为ε相。
ε相以Fe3-N为基体的固溶体，随温度降低，ε相不断析出γ´相。
ξ相分子式未Fe2-N，温度高于490℃，ξ相转变为ε相。
因此，渗氮层组织由表及里为：ε→ε+γ´→γ´→γ´+ɑ→ɑ4、氮化的基本特点（与渗碳相比较）包括哪些？（1）渗氮表面具有高的硬度和耐磨性。
（2）具有高的残余应力，故具有高的疲劳极限和低的缺口敏感性。
（3）渗氮的温度低（480-580℃），产品变形小。
（4）具有良好的抗腐蚀性能，致密的化学稳定性渗层。
硬氮化和软氮化的区别概念
硬氮化和软氮化的区别概念氮化白亮层硬氮化表面白层不可避免地出现ε多相化合物层(Fe2--3N)，脆性大，所以氮化后需将此层磨削去掉软氮化表面的多相化合物白层中没有硬氮化白层中高脆性的Fe2N。
通常白层中的Fe3N与Fe4N约占80%、碳化物约占20%。
该化合物白层即为抗磨层。
所以软氮化必须获得一定白亮层才算合格。
两者氮化的用处一般氮化应用于载荷大，接触疲劳相对要求高的工件，强调深层深度。
而软氮化的作用就是渗速快，一般用于载荷小的工件，渗层要求浅。
两者氮化概念1，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(0.1,0.65mm,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。
2，软氮化:学名‘氮碳共渗’，早期把苏联(俄罗斯)的液体法翻译为‘低温氰化’。
现在国内流行的有气体法、无(低)毒液体法和离子法。
渗入钢表面的元素以‘氮’为主，同时添加了‘碳’。
碳的加入使表面化合物层(白亮层)的形成和性能得到某些甚至是明显的改善。
这里要强调一下，和渗氮不同的地方是:氮碳共渗的着眼点是希望获得一定厚度(一般为10,20μm，也有要求20μm以上的，目前实验室里据称在碳素钢上曾经达到的厚度为110μm)硬度高、脆性小、没有或很少疏松等性能优良的白亮层，至于次表面的扩散层，按照钢种和使用要求不同虽然有时需要作某些调整，但处于次要地位了。
氮碳共渗的适用广泛，几乎覆盖所有常用钢种和铸铁。
氮化与软氮化在模具表面强化处理方面的应用分析
氮化与软氮化在模具表面强化处理方面的应用分析孙睿;邹春华【摘要】介绍了氮化-软氮化在模具表面强化处理方面的应用概况,揭示了氮化、软氮化工艺在模具表面强化处理中的乱象.通过对不同模具的服役条件、常见失效方式和潜在失效模式的分析,对模具氮化-软氮化的分类应用进行了讨论.【期刊名称】《模具制造》【年(卷),期】2015(015)002【总页数】6页(P77-82)【关键词】模具;表面强化处理;氮化;软氮化【作者】孙睿;邹春华【作者单位】中国兵器装备集团公司重庆建设工业集团公司重庆402264;中国兵器装备集团公司重庆建设工业集团公司重庆402264【正文语种】中文【中图分类】TG1681 引言众所周知，氮化、软氮化技术作为一种模具表面强化处理手段，已广泛应用于各种不同的模具生产中，从而对提高模具使用寿命起到了积极的作用。
但是，由于该技术基本概念的混淆和滥用，使得不少企业在选择模具表面强化处理时，或无所适从，或不得要领，甚至时常陷于一种抱薪救火的尴尬之中。
明确这些基本概念的定义和内涵，是模具表面强化处理的基础。
2 化学热处理中有关氮化、软氮化等基本概念和相关概念辨析2.1 基本概念的介绍渗氮，俗称氮化。
通常指把已调质并加工好的零件放在含氮的介质（如氨气）中，在500～540℃保持适当的时间，使介质分解而生成的新生活性氮原子渗入钢件表面层，获得一定厚度的白亮层和一定深度的扩散层，以增加其硬度、耐磨性和抗蚀性的化学热处理工艺。
早期的渗氮主要是指纯氨渗氮。
目前非专业人士广泛称其为“硬氮化”，实际上是一种不规范、不严谨的称谓。
氮碳共渗。
在渗氮介质中添加适量（微量）的弱渗碳剂，使零件在渗氮的同时，渗入微量的碳（原子），这种以渗氮为主、渗碳为辅的化学热处理工艺，俗称软氮化。
值得强调的是：软氮化获得的表面硬度并不软，而且，因其在渗氮层（包括白亮层和扩散层）中渗入了微量的碳（原子），不仅提高了渗速，而且还一定程度降低了白亮层的脆性。
软氮化工艺
软氮化1.适用范围:本资料是对提高汽车用结构钢，铸铁件的性能进行软氮化处理。
但是本资料不涉及原来氮化钢的氮化处理。
注1.标准中｛｝内的单位、数值是由原来单位换算而得到。
供标注时参考。
注2.资料中〈〉中的事项为国外记载的内容。
2.术语含义:资料所说软氮化就是钢及铸铁件在400～650℃盐浴，或气体环境中表面形成几μ至几十μ的碳、氮化合物及0.1～1.0mm深氮素层的处理方法。
备注：1．急冷就是防止提高疲劳强度的铁氮化物析出(γ. Fe7N)。
2．慢冷就是空冷(炉冷),空冷后水冷或空冷后油冷。
特别是对于变形有要求的工件，一定要慢冷却。
3．软氮化处理有以下几种：1）经过允许,使用氰盐或氰酸盐为主体的盐浴软氮化法2）气体中的软氮化法3）低压气体状态下进行放电离子软氮化4）英国某公司特定在表面化合物层上得到氧化膜的高温软氮化法(通称专用氮化)，对氰化物氮化、气体氮化、离子氮化后的强化性能没有差异。
根据需要可以选定3种中的一种。
专用氮化的处理方法以提高耐磨、耐腐蚀性为主，对于提高抗疲劳的情况应确认其必要性。
表示方法氰化物氮化用“T”、气体氮化用“G”、离子氮化用“I”、对专用氮化处理的涂蜡件用“W”表示，不涂蜡的用“X”表示，如同ATSH5205G-AT的样子表示。
因为这种蜡处理有腐蚀性，可以让其浸泡在不溶于水的碱性脂肪酸盐、白色的有机溶液中。
4．指定项目：软氮化的指定项目见表2。
注〈1〉专用氮化处理的场合及有要求的场合可以个别指定氧化膜、渗透层、致密层、残余奥氏体层。
备注：1. 根据工件的性质可以从项目中指定一个或多个项目。
2．对于离子氮化、软氮化部位有特殊要求的场合应同有关部门协商。
5．扩散层深度5.1扩散层深及疲劳强度软氮化处理可以提高疲劳强度，化合物以下的氮扩散层硬度增加，并产生残余压应力。
1/4但，在处理的目的是提高疲劳强度的场合，须按图纸要求达到扩散层深。
5.2 扩散层深的测定方法5.2.1显微组织试验方法把试片在300～350℃的温度加热并保温1小时(时效处理)，使扩散层中的固溶氮作为 γ4N 析出。
硬氮化
1，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（0.1～0.65mm,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。
2，软氮化：学名‘氮碳共渗’，早期把苏联（俄罗斯）的液体法翻译为‘低温氰化’。
现在国内流行的有气体法、无（低）毒液体法和离子法。
渗入钢表面的元素以‘氮’为主，同时添加了‘碳’。
碳的加入使表面化合物层（白亮层）的形成和性能得到某些甚至是明显的改善。
这里要强调一下，和渗氮不同的地方是：氮碳共渗的着眼点是希望获得一定厚度（一般为10～20µm，也有要求20µm以上的，目前实验室里据称在碳素钢上曾经达到的厚度为110µm）硬度高、脆性小、没有或很少疏松等性能优良的白亮层，至于次表面的扩散层，按照钢种和使用要求不同虽然有时需要作某些调整，但处于次要地位了。
氮碳共渗的适用广泛，几乎覆盖所有常用钢种和铸铁。
以碳素钢为例，按照氮碳共渗处理的温度分为铁索体氮碳共渗（520～590℃）和奥氏体氮碳共渗（600～720℃），处理的时间一般为2～6小时，前者获得的白亮层为铁氮化合物，后者快冷后在铁氮化合物层的下面还有一层含氮奥氏体＋马氏体层（5～12µm）。
为了增强和改善白亮层的性能，我国的热处理工作者还采用了在渗氮的同时又单独或组合添加硼、氧、硫、稀土等元素，做了大量的工作，并且大都不同程度的取得看得出来的效果。
这种探索，至今方兴未艾，是热处理工作者孜孜以求的热点之一。
氮化处理的工艺
氮化包括气体氮化、辉光离子氮化和软氮化，软氮化是一种通俗的叫法，严格的讲，软氮化是一种以渗氮为主的低温氮碳共渗，主要特点是渗速快（2-4h），但渗层薄（一般在0.4以下),渗层梯度陡，硬度并不低，如果是液体氮化，硬度甚至略高于气体氮化。
气体氮化可以做到深渗层，它的硬度梯度缓，比软氮化承受的载荷高，外观漂亮，缺点是周期长，表面有脆性相，一般要有一道精加工（加工余量很小，一般1丝到2丝）。
辉光离子氮化有气体氮化的优点，在0.4㎜渗层以下，渗速比气体氮化快的多，而且表面不会有脆性相，可以局部氮化，缺点是成本略高，对形状复杂或带长孔的工件效果不好。
变形方面应该是辉光离子氮化变形最小，实际中相差很小，很多时候几乎一样氮化包括气体氮化、辉光离子氮化和软氮化，软氮化是一种通俗的叫法，严格的讲，软氮化是一种以渗氮为主的低温氮碳共渗，主要特点是渗速快（2-4h），但渗层薄（一般在0.4以下),渗层梯度陡，硬度并不低，如果是液体氮化，硬度甚至略高于气体氮化。
气体氮化可以做到深渗层，它的硬度梯度缓，比软氮化承受的载荷高，外观漂亮，缺点是周期长，表面有脆性相，一般要有一道精加工（加工余量很小，一般1丝到2丝）。
辉光离子氮化有气体氮化的优点，在0.4㎜渗层以下，渗速比气体氮化快的多，而且表面不会有脆性相，可以局部氮化，缺点是成本略高，对形状复杂或带长孔的工件效果不好。
变形方面应该是辉光离子氮化变形最小，实际中相差很小，很多时候几乎一样。
软氮化实质上是以渗氮为主的低温氮碳共渗，钢的氮原子渗入的同时，还有少量的碳原子渗入，其处理结果与一般气体氮化相比，渗层硬度较氮化低，脆性较小，故称为软氮化。
1、软氮化方法分为：气体软氮化、液体软氮化及固体软氮化三大类。
目前国内生产中应用最广泛的是气体软氮化。
气体软氮化是在含有活性氮、碳原子的气氛中进行低温氮、碳共渗，常用的共渗介质有尿素、甲酰胺、氨气和三乙醇胺，它们在软氮化温度下发生热分解反应，产生活性氮、碳原子。
氮化与软氮化在模具表面强化处理中的运用
中国设备工程 2016.09 (上)96Research and Exploration 研究与探索·工艺与技术0 引言氮化与软氮化技术是模具表面强化的重要手段，对于提升模具使用性能、延长模具使用寿命有着重要的作用。
基于以上，本文从氮化与软氮化的概念着手，探讨了其在模具表面强化处理中的应用要点。
1 氮化与软氮化概述氮化处理即渗氮处理，指的是将已经调质和加工完成的零件放置到氨气等含氮介质中，保持在500~540℃环境下一定的时间，实现介质分解，生成活性氮原子，氮原子深入到零件的表面层，从而在零件表面形成一定深度的扩散层和一定厚度的白亮层，实现零件表面强化的作用。
软氮化指的是氮碳共渗，以氮化处理为基础，在渗氮介质中加入一定量的弱渗碳剂，在渗氮的额基础上，实现碳原子向零件表面层的深入，将渗氮与渗碳结合。
经过软氮化处理后，扩散层和白亮层中深入了碳原子，能够增加渗速，降低白亮层脆性，优化零件表面强化效果。
氮化与软氮化有着一定的区别，在软氮化处理过程中，将将含碳物质作为弱渗碳剂添加到介质中，分解出的碳能够在碳化物相中溶解，从而降低化合物层脆性，提升硬度。
就目前来看，二氧化碳、甲醇等是应用比较广泛的碳元素添加剂，这两种碳元素添加剂的应用效果有着一定的差异性，其中甲醇对于炉气中的氮势有着降低的作用，而二氧化碳对炉气中的氮势则有着增加的作用。
2 氮化与软氮化在模具表面强化处理中的运用2.1 在热作模具中的运用对金属或液态金属进行加热，保证温度达到其再结晶温度之上，对熔融态金属进行压制，制得金属型材或相关金属工件，这个过程中利用的模具就是热作模具，常见的热作模具主要包括有色金属压铸模具、热挤压模具、热锻压模具以及热冲压模具等等，热作模具的工作温度通常在700℃以上，其中热锻模具的工作温度能够达到1 000℃以上[1]，模具与加热后的金属或液态金属接触，其工作环境相对恶劣，会受到极冷极热作用的影响，在这样的背景下，模具受到的交变应力作用是十分复杂的，很容易出现模具龟裂或局部塌陷等问题，从而氮化与软氮化在模具表面强化处理中的运用宋帆（陕西长岭电气有限责任公司，陕西 宝鸡 721006）摘要：本文从氮化与软氮化概念分析入手，明确了氮化与软氮化的过程和原理，之后探讨了氮化与软氮化在热作模具、冷作模具以及橡塑模具等模具表面强化处理中的应用，旨在为相关模具表面强化处理实践提供参考。
软氮化原理浅析
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2、渗氮的特点 渗氮就是在一定温度下（一般在AC1温度下）使活性氮原子渗入工件表面 的化学热处理工艺。特点如下: ⑴、高硬度和高耐磨性 渗氮后零件表面硬度可以达到950～1200HV，而 且到600℃仍可维持相当高的硬度。这显然是渗碳淬火处理达不到的。由 于硬度高，耐磨性也很好。 ⑵、较高的疲劳强度 渗氮后的表面产生了较大的残余压应力，能部分 抵消疲劳载荷下产生的拉应力，延缓疲劳破坏过程，使疲劳强度显著提 高。 ⑶、良好的抗咬合性能及抗蚀性 渗氮后的零件中短时间缺乏润滑或过 热的条件下，不容易发生卡死或擦伤损坏，具有良好的抗咬合性能。并 且能抵抗大气、自来水、弱碱性溶液等的腐蚀，具有良好的抗蚀性。 ⑷、变形小 渗氮温度低，一般为480～580 ℃，升降温速度又很慢，处 理过程心部无组织转变，仍保持调质状态的组织，所以渗氮后的零件变 形小。 渗氮的缺点是工艺过程较长，如获得1mm深的渗碳层，渗碳处理仅要6～ 9h，而获得0.5mm渗氮层，渗氮处理需要40～50h.其次，渗层也较薄，不 能承受太大的接触压力。
硼铝共渗
铬铝共渗 铬铝硅共渗
B、AL
Cr、AL Cr、AL、Si
提高工件的耐磨性、抗腐蚀及抗高温氧化能力，表面脆性及抗剥落 能力优于渗硼
具有比单独渗铬或渗铝更优等耐热性能 提高工件的高温性能
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三、氮化
氮化处理又称为扩散渗氮。气体渗氮在1923年左右，由德国人Fry首 度研究发展并加以工业化。由于经本法处理的制品具有优异的耐磨性、 耐疲劳性、耐蚀性及耐高温，其应用范围逐渐扩大。例如钻头、螺丝 攻、挤压模、锻压模、螺杆、连杆、曲轴、及齿轮凸轮等均有使用。 常见有液体渗氮、气体渗氮、离子渗氮。 我司曲轴氮化属于气体渗氮。 1、软氮化工艺参数的选择 氮化温度 Fe—N二元合金的共析温度为590℃，超过该温度界限， 会发生α→γ相变。而Fe—C—N三元合金的共析点是565 ℃（约 0.35%C，1.8%N），接近这个温度，氮在α—Fe中的溶解度最大， 所以一般认为软氮化温度以570℃最为合适。
渗氮及氮化处理
渗氮渗氮，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。
常见有液体渗氮、气体渗氮、离子渗氮。
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。
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。
气体渗氮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。
气体参氮可采用一般渗氮法（即等温渗氮）或多段（二段、三段）渗氮法。
前者是在整个渗氮过程中渗氮温度和氨气分解率保持不变。
温度一般在480～520℃之间,氨气分解率为15～30%,保温时间近80小时。
硬氮化、软氮化
硬氮化和软氮化工艺等方面的比较我在外工作多年，在工作中经常会遇到客户送来的产品需要氮化处理。
但当我们问到是氮化或软氮化时，他们就不知到了。
因为他们都是机械设计方面的技术人员，对热处理知识了解的不是太多。
所以，我们就得耐心的给他们讲解氮化和软氮化的区别和性能，包括生产成本等等。
所以，有必要将氮化和软氮化的工艺特点及主要应用范围进行了整理，供机械设计方面的工程技术人员在产品设计过程中参考。
一、硬氮化和软氮化方法、特点及主要应用范围。
二、国家标准对软氮化和硬氮化工艺方面的要求：1、GB/T18177-2000《钢的气体渗氮》(硬氮化)根据不同的渗层有多种工艺供选择。
2、⑴JB/T4155-1999《气体氮碳共渗》(软氮化)一般只有一个工艺范围供选择,常用的共渗温度为540-570℃，保温2-4H，处理过程要注意炉温波动及渗剂的加入量；工件进炉后，排气速度宜快，升温速度要控制，必要时可采取预热措施。
⑵对表面色泽有要求的工件，在升温阶段及共渗后冷却过程中，必须在渗氮气氛或其它保护气氛中进行。
三、检测方面：1、GB/T18177-2000《钢的气体渗氮》中检验方法中规定：⑴裂纹、开裂等可用肉眼判别，也可采用磁粉或渗透探伤等方法鉴别。
⑵表面硬度检验：根据产品要求以及渗层深度采用不同的负荷。
⑶渗层脆性检验：共5级，一般零件1-3级合格，重要零件1-2级合格。
⑷渗氮层疏松检验：共5级，一般零件1-3级合格，重要零件1-2级合格。
⑸渗氮扩散层中氮化物检验：共5级，一般零件1-3级合格，重要零件1-2级合格。
2、JB/T4155-1999《气体氮碳共渗》(软氮化)中检验方法中规定：⑴表面硬度及渗层深度见下表气体氮碳共渗后的表面硬度和渗层深度⑵化合物疏松层是其必检项目。
共5级，一般零件1-3级合格，重要零件1-2级合格。
四、软氮化和硬氮化之间的比较：1、渗层组织：软氮化后的渗层组织与气体氮化相似，由化合物层和扩散层组成。
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软氮化概念基础
氮化处理技术氮化作为热处理中的一项重要处理工艺，它有着多种形式。
每一种工艺都对应着不同的性能特点，希望在此大家谈谈自己的经验与看法，以便共同提高。
我单位的氮化处理常用的就有六种，当然了也包括了复合氮化技术。
复合氮化——QPQ
这一类氮化处理的特点是：高耐磨、高抗氧化能力。
它主要克服的是摩擦磨损，其抗咬合能力非常的强，接近渗硫后的效果。
概念：（软）氮化是向钢的表面层渗入氮原子的过程，其目的是提高表面硬度和耐磨性，以及提高疲劳强度和抗腐蚀性。
它是利用氨气或含氮原子的有机液体在加热时分解出活性氮原子，被钢吸收后在其表面形成氮化层，同时向心部扩散。
氮化通常利用专门设备或井式渗（氮）碳炉来进行。
适用于各种高速传动精密齿轮、机床主轴（如镗杆、磨床主轴），高速柴油机曲轴、阀门、工具等。
氮化工件工艺路线：锻造－退火－粗加工－调质－精加工－除应力－粗磨－氮化－精磨或研磨（一般情况下氮化后直接使用）。
由于氮化层薄，并且较脆，因此要求有较高强度的心部组织，所以要先进行调质热处理，获得回火索氏体，提高心部机械性能，保证氮化层质量。
钢在氮化后，不再需要进行淬火便具有很高的表面硬度及耐磨性。
氮化处理温度低，变形很小，它与渗碳、感应表面淬火相比，变形小得多。
钢的软氮化：又名氮碳共渗；氮碳共渗是向钢的表层同时渗入碳和氮的过程，习惯上氮碳共渗又称作氰化。
目前以气体氮碳共渗（即气体软氮化）应用较广。
其主要目的是提
高钢的硬度、耐磨性、疲劳强度和抗咬合性渗氮（软氮化）的常见缺陷
一、硬度偏低
生产实践中，工件渗氮（软氮化）后其表面硬度有时达不到工艺规定的要求，轻者可以返工，重者则造成报废。
造成硬度偏低的原因是多方面的：
设备方面：如系统漏气造成氧化；
材料：如材料选择欠佳；
前期热处理：如基体硬度太低，表面脱碳严重等；
预先处理：如进炉前的清洁方式及清洁度。
工艺方面：如渗氮（软氮化）温度过高或过低，时间短或氮势不足等等。
所以具体情况要具体分析，找准原因，解决问题。
二、硬度和渗层不均匀
装炉方式不当；
气压调节不当；
温度不均；
炉内气流不合理。
三、变形过大
变形是难以杜绝的，对易变形件，采取以下措施，有利于减小变形：
渗氮（软氮化）前应进行稳定化处理；
渗氮（软氮化）过程中的升、降温速度应缓慢；
保温阶段尽量使工件各处的温度均匀一致。
对变形要求严格的工件，如果工艺许可，尽可能采用较低的氮化（软氮化）温度。
四、处观质量差
渗氮（软氮化）件出炉后首先用肉眼检查外观质量，钢件经渗氮（软氮化）处理后表面通常呈银灰（蓝黑色）色或暗灰色（蓝黑色），不同材质的工件，氮化（软氮化）后其表面颜色略有区别，钛及钛合金件表面应呈金黄色。
五、脉状氮化物
氮化（特别是离子氮化）易出现脉状氮化物，即扩散层与表面平行走向呈白色波纹状的氮化物。
其形成机理尚无定论，一般认为与合金元素在晶界偏聚及氮原子的扩散有关。
因此，控制合金元素偏聚的措施均有利于减轻脉状氮化物的形成。
工艺参数方面，渗氮温度越高，保温时间越长,越易促进脉状组织的形成，如工件的棱角处，因渗氮温度相对较高，脉状组织比其它部位严重得多。
软氮化
为了缩短氮化周期，并使氮化工艺不受钢种的限制，在近年间在原氮化工艺基础上发展了软氮化和离子氮化两种新氮化工艺。
软氮化实质上是以渗氮为主的低温氮碳共渗，钢的氮原子渗入的同时，还有少量的碳原子渗入，其处理结果与一般气体氮化相比，渗层硬度较氮化低，脆性较小，故称为软氮化。
1、软氮化方法分为：气体软氮化、液体软氮化及固体软氮化三大类。
目前国内生产中应用最广泛的是气体软氮化。
气体软氮化是在含有活性氮、碳原子的气氛中进行低温氮、碳共渗，常用的共渗介质有尿素、甲酰胺、氨气和三乙醇胺，它们在软氮化温度下发生热分解反应，产生活性氮、碳原子。
活性氮、碳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氮碳共渗层。
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，因为超过2.5小时，随时间延长，氮化层深度增加很慢。
2、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，次层为的扩散层，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强度、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性能。
4、由于软氮化层不存在脆性ξ相，故氮化层硬而具有一定的韧性，不容易剥落。
因此，目前生产中软氮化巳广泛应用于模具、量具、刀具（如：高速钢刀具）等、曲轴、齿轮、气缸套、机械结构件等耐磨工件的处理。