软氮化的渗层除了表面的氮碳化合物层

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硬氮化和软氮化工艺等方面的比较

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。

金相检验-氮碳共渗层金相检验

7-9 钢的氮碳共渗层金相检验
钢的氮碳共渗也称为低温氮碳共渗，又称软氮化，是以渗氮为主，同时有微量渗碳的表面处理过程。

工作温度范围和渗氮相同，但由于碳的介入，可以加快氮化的过程，所以一般软氮化的渗速比气体氮化要快。

一、氮碳共渗的组织及检验
氮碳共渗后的组织和气体渗氮相似，为表面白色化合物层+扩散层，但表面多相化合物层中无高脆性相，故共渗层韧性较好，也因此称为软氮化。

软氮化层表面常有黑点状疏松，一般认为是氮分子析出或氧化而形成的化合物疏松。

疏松会一定程度影响工件耐磨性和疲劳强度，因此应进行疏松程度评定。

均匀、少量的疏松有利于表面存油润滑，起到好的作用。

软氮化深度测定和疏松程度评定，依照GB/T 11354—2005《钢铁零件渗氮层深度测定和金相检验》。

二、氮碳共渗的缺陷组织实例
图7-17是15钢气体氮碳共渗表面严重疏松的例子，疏松同时还有分层现象，疏松程度按标准评定属于不合格级别。

在图中还可看到显微硬度压痕，第一点是疏松区为388HV；第二点白色化合物区为604HV；第三点扩散层为345HV；第四点扩散层为329HV；心部基体为215HV。

由于渗层表面存在严重疏松孔隙，致使表面硬度明显下降，在使用过程中容易起皮、脱落，使工件发生早期损坏。

图7-17 表面严重疏松空隙500×。

软氮化处理综述

软氮化处理综述一、简介软氮化就使碳氮共渗，这并不是单一的渗碳或者氮化，而是采用一种综合的处理方式一次完成渗碳和氮化。

软淡化的温度比渗碳低，但比氮化高，一般在860度左右。

而且不同于渗碳后需要重新加热淬火，而是保温后直接淬火，节约了一道加热工序。

硬化层深度相当于渗碳，高于氮化。

具有二者的优点，比单一处理要好。

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。

软氮化渗层0.4-0.5mm,氮化一半0.5mm左右软氮化即氮碳共渗，氮化是只渗氮.由于软氮化后另件表面的白亮层比氮化后白亮层脆性小,另件的韧性好故称之为"软氮化",软氮化处理后的另件表面硬度有时不比氮化低.对于不同材料软氮化处理后表面硬度在HV500-1200之间.最高硬度接近70HRC二、软氮化即氮碳共渗，与渗氮区别主要是：1.在一定温度下向试件表面渗入氮、碳，以渗氮为主，但非单纯渗氮。

2.处理时间比氮化短。

3.其表面白层相比渗氮白层而言脆性要小。

4.软氮化应用的材料比较广泛。

三、渗氮（软氮化）的常见缺陷：1.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。

金属材料强化与韧化手段

钢的韧化方法钢的韧化方法包括：(1)细化晶粒法；(2)合金化法；(3)纯净化法；(4)位错板条马氏体韧化；(5)高温形变热处理；(6)利用稳定奥氏体使钢韧化；(7)利用介稳奥氏体使钢韧化；(8)回火和其他方法。

(1)细化晶粒法常温或低温下，在利用细化晶粒提高钢的强度的同时，还可改善钢的韧性，特别是低温韧性。

这是细化晶粒方法的突出优点。

因为细化晶粒不仅增大钢的屈服强度(@),而且增大钢的断裂强度O b)。

这样，随着晶粒的不断细化，钢从脆性断裂过渡到韧性断裂(沪os)，如图3所示。

晶粒尺寸]/ ■图3新裂强度s和屈服强度6与晶粒尺寸M的关糸（2）合金化法合金元素锰和镍能使钢的韧性提高。

锰因为能减少晶界碳化物，细化珠光体，相应也细化铁素体晶粒，从而提高铁素体一珠光体钢的韧性。

镍是提高钢的韧性最有效的元素，这是因为镍能提高铁素体基体的韧性，并使晶粒细化的缘故。

（3）纯净化法除去钢中夹杂、气体及有害元素，尽可能降低钢的碳含量是提高钢韧性的有效方法。

钢中非金属夹杂物是断裂的裂纹源。

在冶炼上采用真空除气，电渣重熔、真空白耗重熔和各种炉外精炼技术，提高钢的纯净度，可显著改善钢的韧性。

钢中磷、硫、砷、锑等有害元素的去除，也能改善钢的韧性。

钢中的碳，虽然在很多情况下是不可缺少的元素，但碳却使钢的韧性显著恶化，因此，在可能的条件下，应尽量降低钢的碳含量。

（4）位错板条马氏体韧化铁碳合金中，碳含量＜0. 30%时，淬火马氏体的形态主要为位错板条马氏体；碳含量＞0. 6%时，主要为内孪晶马氏体。

一般认为，化学成分相同，位错马氏体与内孪晶马氏体的强化效果相当，而位错马氏体具有较好的韧性。

原因可能是位错马氏体的板条尺寸很小，类似于非常细的晶粒，可阻止裂纹的传播；而孪晶片状马氏体，厚度较大，且内部孪晶取向相同，类似于粗大的晶粒，从而韧性较差。

另外，位错马氏体板条之间的残留奥氏体塑性良好，使得钢的韧性改善。

（5）高温形变热处理将钢在高于临界点A C3以上的较高温度（如在奥氏体的再结晶温度以上）奥氏体化，然后预冷到稍高于A。

最全的渗碳和渗氮区别整理表格

序号渗碳和渗氮比较12特点表面高硬度心部高韧性的耐磨抗冲击零件。

与整体淬火相比，抗挤压、抗弯疲劳强度好。

与渗氮比，抗冲击，工艺时间短，成本低。

高的硬度和耐磨性,高的疲劳强度,较高的抗咬合性,较高的抗蚀性。

渗氮过程在钢的相变温度以下(450-600℃)进行,因而变形小,用于精密零部件上。

氮化层较薄，一般0.5mm、且脆性较高，使氮化件不能承受太高的接触应力和冲击载荷。

渗碳渗氮就是将低碳钢在富碳的介质中加热到高温(一般为900-950C)，使活性碳原子渗入钢的表面，以获得高碳的渗层组织。

随后经淬火和低温回火，使表面具有高的硬度、耐磨性及疲劳抗力，而心部仍保持足够的强度和韧性。

使氮原子渗入钢的表面,形成富氮硬化层的一种化学热处理工艺。

氮化层不用淬火即可得到很高的硬度。

原理碳氮共渗向钢件表面同时渗入碳、氮的化学表面热处理工艺。

以渗碳为主，渗入少量氮。

因碳氮共渗工艺早期采用过氰盐或含氰气氛作为渗剂，故又称“氰化”。

按共渗介质状态分为气体、液体及固体3类。

碳氮共渗有高温碳氮共渗(氰化处理)和中温碳氮共渗之分.低温碳氮共渗也叫软氮化(氮碳共渗).与渗碳相比，具有较快的渗入速度，较高的渗层的淬透性和回火抗力，耐磨性和抗疲劳性能好等优点，处理温度较低，减少了零件的变形。

3适用材料渗碳必须用低碳钢或低碳合金钢。

含碳量一般都在0.15%-0.25％范围内，用得最多的低碳钢是15和20钢，低合金渗碳钢如20Cr、15CrMo理论上,任何钢种都能通过氮化来改善其表层特性,但实际上,普通的碳钢氮化后,钢的表面硬度提高的不多,这是因为铁的氮化物(如:Fe2N、Fe3N、Fe4N等)稳定性较差，易于集聚粗化，硬度较低。

所以为了获得高硬度和高耐磨性的表层，必须采用含有氮化物形成元素的合金钢。

最佳材料：38CrMoAl尤其是AI，铝是最强的氮化物元素。

在含铬的铬钢而言，如果有足够的含量，亦可得到很好的效果。

但没有含合金的碳钢，因其生成的渗氮层很脆，容易剥落，不适合作为渗氮钢。

离子氮化技术的特点

离子氮化技术的特点来源: 发布时间: 2014-04-21 15:06 39 次浏览大小: 16px 14px 12px 离子渗氮最重要的特点之一是可以通过控制渗氮气氛的组成、气压、电参数、温度等因素来控制表面化合物层（俗称白亮层）的结构和扩散层组织，从而满足零件的服役条件和对性能的要求。

离子渗氮最重要的特点之一是可以通过控制渗氮气氛的组成、气压、电参数、温度等因素来控制表面化合物层（俗称白亮层）的结构和扩散层组织，从而满足零件的服役条件和对性能的要求。

离子渗氮化合物层常遇到的氮化物相有两种：γ，-Fe4N相和ε-Fe2-3N相，离子氮碳共渗(俗称软氮化)还可能出现Fe3C相。

γ，单相具有最小的脆性，但耐磨性较差，ε单相脆性也较小，并有较好的耐磨性和抗磨合性能。

合金结构钢离子渗氮时一般均得到双相（γ，+ε或ε+γ，）组织，脆性较单相大些，耐磨性较好；离子氮碳共渗得到ε+Fe3C(少量)组织，脆性并不增加，而有最好的耐磨性。

一、影响化合物层中ε和γ，相含量的因素影响离子渗氮化合物层结构的因素很多，有渗氮气氛的影响，钢材成分和组织方面的影响，还有渗氮温度、时间、气压等工艺方面的影响因素。

（一）渗氮气氛的影响离子渗氮气氛中氮和碳的含量是影响化合物层相结构的重要因素。

1）气氛含氮量对化合物层相结构的影响随着气氛含氮量增加，化合物层中ε相含量增多，白亮层也随之增厚。

如40Cr钢用氨气渗氮时，ε相含量相当多，改用分解氨后则大大减少。

2）气氛中添加含碳气体将抑制γ，形成，而得到以ε相为主或ε单相结构的化合物层。

如气氛中加入丙烷（C3H8）后，化合物层中ε含量迅速增多，基本由ε单相组成。

含碳量再增多则化合物层中开始出现Fe3C，含碳量继续增多，则Fe3C增多，ε减少直到完全消失。

离子渗氮需要严格控制气氛中含碳量，使之能得到ε单相或ε+少量Fe3C的双相组织。

这样的组织其硬度和耐磨性均比单纯离子氮化有较大提高。

如45钢在含80%N2的氮氢气氛中570℃渗氮3小时，表面硬度只有575-603HV0.5，加入丙烷气后，当含碳量达到临界值（不出现Fe3C的最大含碳量）时，ε相化合物层的硬度达730-781 HV0.5。

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.

渗氮层、淬硬层、有效硬化层的硬度和厚度测试简介

渗氮层、淬‎硬层、有效‎硬化层的硬‎度和厚度测‎试简介一‎、钢铁零件‎渗氮(氮化‎）后的硬度‎及厚度检测‎方法：‎随‎着工业的发‎展，渗氮处‎理被更多的‎应用到各行‎各业，对渗‎氮处理的检‎测要求也日‎益提高。

下‎面为您简单‎阐述钢铁零‎件渗氮处理‎后的硬度及‎厚度检测。

‎‎渗氮（气‎体渗氮、离‎子渗氮、碳‎氮共渗、辉‎光离子氮化‎）零件的主‎要技术要求‎是有效渗氮‎层深度，表‎面硬度和局‎部硬度。

某‎些零件还有‎渗氮层脆性‎等级评定要‎求，完成以‎上要求，都‎需显微维氏‎硬度检测进‎行测定。

‎‎渗氮层从金‎相组织划分‎，包括从最‎外层化合物‎层（白亮层‎）到扩散层‎与基体组织‎明显分界处‎为止的深度‎。

显微维氏‎硬度检测，‎依据从工件‎表面测至与‎基体有明显‎界定硬度值‎处的垂直距‎离。

‎渗‎氮层深度以‎字母DN表‎示。

渗氮‎层深度硬度‎检测方法：‎1、试样‎的准备a‎、试样应从‎渗氮零件上‎切取，如工‎件不能破坏‎，也可用与‎零件相同材‎料和相同处‎理工艺的小‎试样切取后‎检测。

b‎、试样切取‎时要注意，‎应垂直渗氮‎层表面取样‎（详见金相‎试样取样方‎法），取样‎后进行必要‎的磨抛处理‎，在磨抛过‎程中应注意‎冷却，不能‎使工件过热‎，边缘不要‎出现倒角等‎。

c、检‎查渗氮层脆‎性的试样，‎表面粗糙度‎要求>Ra‎0.25-‎0.63u‎m，但不允‎许把表面化‎合物层磨掉‎。

2、检‎测a、根‎据国标规定‎，一般选用‎显微硬度计‎，检测力通‎常选用0.‎3--1K‎G，从试样‎表面测至比‎基体维氏硬‎度值高50‎H V处的垂‎直距离为渗‎氮层厚度。

‎（通常采用‎梯式硬度测‎法，即从试‎样表面开始‎，每间隔一‎定距离打一‎点b、基‎体硬度的取‎点与测定，‎一般在3倍‎左右渗氮层‎深度的距离‎处测得的硬‎度值(至少‎取3点，平‎均值)做为‎基体硬度值‎。

c、对‎于渗氮层硬‎度变化很平‎缓的钢种，‎（如碳钢、‎低碳合金钢‎制件），其‎渗氮层深度‎可以从试样‎表面沿垂直‎方向测至比‎基体维氏硬‎度高30H‎V处。

汽车曲轴的软氮化技术

汽车曲轴的软氮化技术为提高曲轴的疲劳强度，许多曲轴生产厂采用了气体软氮化技术（气体软氮化是一种由液体软氮化发展起来的、化学热处理工艺,其实质是以渗氮为主的低温碳氮共渗。

它的特点是处理温度低、时间短,工件变形小,质量稳定,不受钢种限制,能显著提高零件的耐磨性、疲劳强度、抗咬合、抗擦伤等性能,同时还能解决液体软氮化中的毒性问题,避免了公害,因而劳动条件好。

此外,设备和操作都简单,容易推广。

其基本原理是气体软氮化的原理是在530°～580℃的气氛中产生2CO →[C]+CO_2(渗碳)及2NH3→2[N]+3H_2(氮化)反应,使钢铁表面形成氮化物或碳氮化物。

），其中采用这项技术以山东曲轴总厂、潍坊柴油机厂、重汽集团复强动力公司等为典型代表。

仅山东曲轴总厂，就拥有连续软氮化生产设备及5-2型气体软氮化设备近10多台。

而重汽集团复强动力公司设备能力达到技术国内最先进、功率最大、装炉量最多，同时比同行业设备更具有节能环保效应。

目前，国内生产曲轴所采用的典型材料为45钢和42CrMoTi。

曲轴气体软氮化与处理其他软氮化零件相类似，其氮化工艺过程一般要经过前清洗、升温、保温、冷却、后清洗等5个阶段，包括出装炉。

不同的厂家在气体软氮化工艺上略有不同。

1.前清洗工艺待处理零件装炉前应通过清洗使零件表面清洁无油，目前采用的主要清洗方法主要有下列方式：高温蒸汽加清洗剂洗涤然后加高温蒸汽漂洗涤、自动清洗机清洗、汽油擦洗。

清洗的好坏将直接影响曲轴的处理质量和延长处理周期。

如果曲轴表面脏，处理后的曲轴表面附着很多碳黑，既影响产品外观又影响产品质量。

经改进清洗工艺后，处理质量大大提高。

据实际经验来看，表面清洁易形成连续的厚度较为均匀的化合物层，反之则不易形成连续和厚度均匀的化合物层。

而在气体软氮化时化合物层对硬度、耐磨及抗疲劳性能有较大贡献。

本文的第三种方式是在生产条件不具备时的变通方法，仅适用于小规模清洗。

2.预氧化工艺为保证零件性能的综合要求，在气体软氮化之前一般还需要进行预先热处理，气体软氮化的预热温度一般取400～490℃，保温1h左右，去除工件表面油污、油脂，并在表面形成一层氧化物，使（合金）氮化物缓慢形成，使深层更加均匀。

软氮化渗层

软氮化渗层0.4-0.5mm,氮化一半0.5mm左右。

江苏省热处理工艺协作价格：氮化氮化深度≤0.15mm 11.00元/kg≤0.35mm 14.00元/kg气体氮化,氮化深度≤0.35mm为14.00元/kg＞0.35mm 16.00/kg≤0.15mm 10.00/kg离子氮化氮化深度≤0.35mm 13.00/kg＞0.35mm 15.00/kg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。

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。

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。

渗碳渗氮、碳氮共渗和氮碳共渗，傻傻分不清楚？来看看他们的区别

渗碳渗氮、碳氮共渗和氮碳共渗，傻傻分不清楚？来看看他们的区别渗碳、渗氮、碳氮共渗和氮碳共渗，都是⾦属材料的表⾯处理⼯艺。

为了实现不同零件的⼯作条件和功能要求，需要对其表⾯进⾏不同的处理。

1. 渗碳渗碳是指使碳原⼦渗⼊到钢表⾯层的过程。

是使低碳钢的⼯件具有⾼碳钢的表⾯层，再经过淬⽕和低温回⽕，使⼯件的表⾯层具有⾼硬度和耐磨性，⽽⼯件的中⼼部分仍然保持着低碳钢的韧性和塑性。

具体⽅法是将⼯件置⼊具有活性渗碳介质中，加热到900--950摄⽒度的单相奥⽒体区，保温⾜够时间后,使渗碳介质中分解出的活性碳原⼦渗⼊钢件表层，从⽽获得表层⾼碳、⼼部仍保持原有成分。

它可以使渗过碳的⼯件表⾯获得很⾼的硬度，提⾼其耐磨程度。

典型渗碳⼯艺流程渗碳⼯件的材料⼀般为低碳钢或低碳合⾦钢(含碳量⼩于0.25%)。

渗碳后﹐钢件表⾯的化学成分可接近⾼碳钢。

⼯件渗碳后还要经过淬⽕，以得到⾼的表⾯硬度、⾼的耐磨性和疲劳强度，并保持⼼部有低碳钢淬⽕后的强韧性，使⼯件能承受冲击载荷。

渗碳⼯艺⼴泛⽤于飞机﹑汽车和拖拉机等的机械零件﹐如齿轮﹑轴﹑凸轮轴等。

⼯件渗碳淬⽕后的表层显微组织主要为⾼硬度的马⽒体加上残余奥⽒体和少量碳化物，⼼部组织为韧性好的低碳马⽒体或含有⾮马⽒体的组织，但应避免出现铁素体。

齿轮渗碳表⾯组织（马⽒体+碳化物）渗碳后⼼部组织低碳马⽒体⼀般渗碳层深度范围为0.8～1.2毫⽶，深度渗碳时可达2毫⽶或更深。

表⾯硬度可达HRC58～63，⼼部硬度为HRC30～42。

渗碳淬⽕后﹐⼯件表⾯产⽣压缩内应⼒﹐对提⾼⼯件的疲劳强度有利。

齿轮渗碳层深度按含碳介质的不同，渗碳可分为固体渗碳、液体渗碳、⽓体渗碳和碳氮共渗等。

2. 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。

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。

钢的渗碳和渗氮

钢的渗碳---就是将低碳钢在具有丰富碳的介质中加热到高温(一般为900--950C),使活性碳原子渗入钢的表面,以获得高碳的渗层组织。

随后经淬火和低温回火,使表面具有高的硬度、耐磨性及疲劳抗力,而心部仍保持足够的强度和韧性。

渗碳钢的化学成分特点:(1)渗碳钢的含碳量一般都在0.15--0.25％范围内,对于重载的渗碳体,可以提高到0.25--0.30％,以使心部在淬火及低温回火后仍具有足够的塑性和韧性。

但含碳量不能太低,否则就不能保证一定的强度。

(2)合金元素在渗碳钢中的作用是提高淬透性,细化晶粒,强化固溶体,影响渗层中的含碳量、渗层厚度及组织。

在渗碳钢中通常加入的合金元素有锰、铬、镍、钼、钨、钒、硼等。

常用渗碳钢可以分碳素渗碳钢和合金渗碳钢两大类。

(1)碳素渗碳钢中,用得最多的是15和20钢,它们经渗碳和热处理后表面硬度可达56--62HRC。

但由于淬透性较低,只适用于心部强度要求不高、受力小、承受磨损的小型零件,如轴套、链条等。

(2)低合金渗碳钢如20Cr、20Cr2MnVB、20Mn2TiB等,其渗透性和心部强度均较碳素渗碳钢高,可用于制造一般机械中的较为重要的渗碳件,如汽车、拖拉机中的齿轮、活塞销等。

(3)中合金渗碳钢如20Cr2Ni4、18Cr2N4W、15Si3MoWV等,由于具有很高的淬透性和较高的强度及韧性,主要用以制造截面较大、承载较重、受力复杂的零件,如航空发动机的齿轮、轴等。

固体渗碳;液体渗碳;气体渗碳---渗碳温度为900--950C,表面层w(碳)为0.8--1.2％,层深为0.5--2.0mm。

渗碳后的热处理---渗碳工件实际上应看作是由一种表面与中心含量相差悬殊码复合材料。

渗碳只能改变工件表面的含碳量,而其表面以及心部的最终强化则必须经过适当的热处理才能实现。

渗碳后的工件均需进行淬火和低温回火。

淬火的目的是使在表面形成高碳马氏体或高碳马氏体和细粒状碳化物组织。

低温回火温度为150--200C 。

氮碳共渗工艺

职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库金属材料与热处理课程氮碳共渗工艺主讲教师：马安博西安航空职业技术学院氮碳共渗工艺氮碳共渗是以渗氮为主的共渗工艺。

与一般气体渗氮相比，渗层硬度低，脆性小，故也称为软氮化。

早期的氮碳共渗是在液体渗氮和低温液体碳氮共渗（氰化）的基础上发展起来的，所用盐浴是剧毒的氰盐。

为了提高盐浴活性而通入空气或氧气，即产生氧化过程加大氮和碳原子的活性。

由于氰盐引起严重公害，又发展为加尿素为主要成分的氮碳共渗。

虽然不用剧毒氰盐，但盐浴中仍有氰酸根，且使用过程中盐浴成分不稳定，因而盐浴氮碳共渗工艺的应用受到限制。

20世纪70年代以后，发展了气体氮碳共渗。

美国Lpson公司发展了一种使用50％NH3＋50％吸热式气氛的气体软氮化方法，稍后Midland-Ross 公司发展了一种使用20％NH3＋80％放热式气氛的气体软氮化方法，日本发展了一种利用尿素热分解气的气体软氮化法。

目前，在世界范围内，软氮化已得到广泛的应用。

在国内，软氮化工艺主要是采用尿素热分解法和含碳、氮有机液体的滴入法。

一、氮碳共渗原理与工艺软氮化温度一般为570±10C，时间为1~4h，介质则有不同的气体和液体介质。

1.气体软氮化所用介质有氨气与吸热式气氛的混合气体、尿素热分解气体等。

（1）使用氨气与吸热式气氛的混合气体进行气体软氮化时，氨气分解形成活性氮原子，吸热式气氛分解可提供活性碳原子。

两种气体的比例为50:50、吸热式气氛的露点为0C时，能获得最佳的渗层质量。

本法易实现机械化、自动化，产品质量稳定，但设备复杂，投资较高，适于批量生产。

（2）尿素热分解气体是将尿素的白色晶体粉末直接送入软氮化炉中，在500C以上尿素发生分解得到活性氮、碳原子，即(NH2)2CO CO＋2[N]＋2H2（4-1）2CO [C]＋CO2此外，还有三乙醇胺＋乙醇混合液滴注、甲酰胺滴注并通氨气等。

2. 液体软氮化例如，使用尿素:碳酸钠:氯化钾＝3:2:2（质量）的盐浴，通过下述反应得到活性氮原子和碳原子。

低温化学热处理方法——氮碳共渗

低温化学热处理方法——氮碳共渗氮碳共渗又叫软氮化，是钢铁在铁素体状态下低温化学热处理方法的一种。

1、氮碳共渗的原理及特点氮碳共渗是在Ｆｅ⁃Ｃ⁃Ｎ三元素共析温度以下对工件表面进行氮、碳共渗的一种表面扩散渗入处理工艺，该工艺以渗氮为主，同时也渗入少量的碳原子。

在Ｆｅ⁃Ｃ⁃Ｎ三元相图中的三元共析点为５６５⁃，此时，氮在α⁃Ｆｅ中具有最大的溶解度，故氮碳共渗的温度一般为５７０⁃左右。

氮碳共渗处理与气体氮化相比具有如下特点。

氮碳共渗处理的时间短，一般为１～４ｈ，而气体氮化长达几十小时。

氮碳共渗时，除活性氮原子外，还有活性炭原子。

钢的表面首先被碳饱和并形成超显微的碳化物，这种碳化物作为触媒剂促进了氮的渗入，当表面ε相形成后，ε相中又可溶解较多的碳，所以渗碳和渗氮相互促进，从而渗速加快。

氮碳共渗化合物层中除含氮外，还含有少量的碳，由于ε相中含有碳，使得化合物的脆性降低，因此氮碳共渗形成的白亮层一般脆性较小。

气体渗氮一般只适用于特殊的氮化钢，而氮碳共渗不受被处理材料的限制，可广泛用于碳素钢、合金钢、铸铁等。

2、氮碳共渗层组织钢铁工件的氮碳共渗层组织由表及里依次为Ｆｅ２～３Ｎ，Ｆｅ３Ｎ和Ｆｅ４Ｎ构成的化合物层（如是合金钢，还有Ｃｒ、Ｗ、Ｖ、Ａｌ、Ｍｏ等合金氮化物）和扩散层（主要是氮在α⁃Ｆｅ中的固溶体）。

碳钢氮碳共渗后的组织由白亮的化合物层和暗黑色的扩散层组成。

化合物层主要为ε相和γ′相。

合金钢氮碳共渗后，表面也得到由ε相和γ′相组成的白亮化合物层。

3、氮碳共渗层性能（1）共渗层硬度氮碳共渗显著提高工件表面硬度及耐磨性，与调质、感应淬火相比较，磨损失重分别降低１～２个数量级。

（2）共渗层的抗疲劳性能氮碳共渗后的疲劳强度高于渗碳或碳氮共渗淬火以及感应淬火。

低、中碳钢可提高４０％～８０％；合金结构钢提高２５％～３５％；不锈钢提高３０％～４０％；灰铸铁提高２０％左右，见下图。

▲氮碳共渗处理使疲劳强度提高的情况（球墨铸铁）最近采取在氮碳共渗后高频淬火的复合热处理工艺。

软氮化原理

软氮化原理
一、软氮化原理是啥呢？
软氮化啊，其实就是一种表面处理技术啦。

它主要是在一定的温度下，把氮原子渗入到工件的表面。

这氮原子可调皮了呢，它就往工件表面的那些小缝隙、小晶格里面钻呀。

你可以想象一下，工件就像一个小房子，氮原子就是那些想找地方住的小客人。

软氮化的这个过程，就像是小客人在找房子的空房间住进去一样。

这个过程中呢，氮原子和工件表面的铁原子之类的呀，就会发生一些反应，形成一些特殊的化合物层。

这些化合物层可厉害了，它们能让工件的表面硬度增加，就好像给工件穿上了一层坚硬的铠甲一样。

而且啊，还能提高工件的耐磨性呢，就像给它穿上了一双耐磨的鞋子，让它在各种摩擦的环境里都能走得更久更远。

还有哦，软氮化后的工件，它的抗腐蚀性也会变强。

就像给工件打了一把抗腐蚀的小伞，在那些容易生锈或者被腐蚀的环境里，它就能很好地保护自己啦。

软氮化的原理涉及到一些化学和物理的知识啦。

从化学角度来说，氮原子和铁原子的结合是有一定的化学键形成的，这些化学键让表面的结构变得更加稳定。

从物理角度看呢，氮原子进入工件表面后，会改变表面的晶格结构，让它变得更加紧凑，这样硬度就增加了。

反正呀，软氮化就是一个超级有用的表面处理技术，能让好多
工件变得更厉害、更耐用呢。

氮化处理氮化处理又称为扩散渗氮教学文稿

氮化处理氮化处理又称为扩散渗氮氮化处理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、压铸模、鍜压机用鍜造模、螺杆、连杆、曲轴、吸气及排气活门及齿轮凸轮等均有使用。

[编辑本段]一、氮化用钢简介传统的合金钢料中之铝、铬、钒及钼元素对渗氮甚有帮助。

这些元素在渗氮温度中，与初生态的氮原子接触时，就生成安定的氮化物。

尤其是钼元素，不仅作为生成氮化物元素，亦作为降低在渗氮温度时所发生的脆性。

其他合金钢中的元素，如镍、铜、硅、锰等，对渗氮特性并无多大的帮助。

一般而言，如果钢料中含有一种或多种的氮化物生成元素，氮化后的效果比较良好。

其中铝是最强的氮化物元素，含有0.85～1.5％铝的渗氮结果最佳。

在含铬的铬钢而言，如果有足够的含量，亦可得到很好的效果。

但没有含合金的碳钢，因其生成的渗氮层很脆，容易剥落，不适合作为渗氮钢。

一般常用的渗氮钢有六种如下：（1）含铝元素的低合金钢（标准渗氮钢）（2）含铬元素的中碳低合金钢 SAE 4100，4300，5100，6100，8600，8700，9800系。

（3）热作模具钢（含约5％之铬） SAE H11 （SKD – 61）H12，H13（4）肥粒铁及麻田散铁系不锈钢 SAE 400系（5）奥斯田铁系不锈钢 SAE 300系（6）析出硬化型不锈钢 17 - 4PH，17 – 7PH，A – 286等含铝的标准渗氮钢，在氮化后虽可得到很高的硬度及高耐磨的表层，但其硬化层亦很脆。

相反的，含铬的低合金钢硬度较低，但硬化层即比较有韧性，其表面亦有相当的耐磨性及耐束心性。

因此选用材料时，宜注意材料之特征，充分利用其优点，俾符合零件之功能。

至于工具钢如H11（SKD61）D2（SKD – 11），即有高表面硬度及高心部强度。

[编辑本段]二、氮化处理技术：调质后的零件，在渗氮处理前须彻底清洗干净，兹将包括清洗的渗氮工作程序分述如下：（1）渗氮前的零件表面清洗大部分零件，可以使用气体去油法去油后立刻渗氮。

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。

硬氮化和软氮化标准工艺等方面的比较

硬氮化和软氮化工艺等方面旳比较
我在外工作近年，在工作中常常会遇到客户送来旳产品需要氮化解决。

但当我们问到是氮化或软氮化时，她们就不知到了。

由于她们都是机械设计方面旳技术人员，对热解决知识理解旳不是太多。

因此，我们就得耐心旳给她们解说氮化和软氮化旳区别和性能，涉及生产成本等等。

因此，有必要将氮化和软氮化旳工艺特点及重要应用范畴进行了整顿，供机械设计方面旳工程技术人员在产品设计过程中参照。

一、硬氮化和软氮化措施、特点及重要应用范畴。

二、国标对软氮化和硬氮化工艺方面旳规定：
1、GB/T18177-《钢旳气体渗氮》(硬氮化)根据不同旳渗层有多种工艺供选择。

2、⑴JB/T4155-1999《气体氮碳共渗》(软氮化)一般只有一种工艺范畴供选择,常用旳共渗温度为540-570℃，保温2-4H，解决过程要注意炉温波动及渗剂旳加入量；工件进炉后，排气速度宜快，升温速度要控制，必要时可采用预热措施。

⑵对表面色泽有规定旳工件，在升温阶段及共渗后冷却过程中，必须在渗氮氛围或其他保护氛围中进行。

三、检测方面：
1、GB/T18177-《钢旳气体渗氮》中检查措施中规定：
⑴裂纹、开裂等可用肉眼鉴别，也可采用磁粉或渗入探伤等措施鉴别。

⑵表面硬度检查：根据产品规定以及渗层深度采用不同旳负荷。

⑶渗层脆性检查：共5级，一般零件1-3级合格，重要零件1-2级合格。

⑷渗氮层疏松检查：共5级，一般零件1-3级合格，重要零件1-2级合格。