渗碳与渗氮的区别
渗氮 渗碳 碳氮共渗
渗氮渗碳碳氮共渗碳氮共渗是一种常见的表面处理技术，通过渗碳和渗氮来改善材料的硬度和耐磨性。
本文将对渗氮、渗碳和碳氮共渗的原理、应用和工艺进行详细介绍。
一、渗氮渗氮是将氮原子渗入材料表面形成氮化物层的过程。
氮原子通过高温处理和氮气氛的作用，渗透到材料表面并与材料中的元素反应，形成硬质氮化物层。
这一薄层氮化物层不仅能提高材料的硬度和抗磨损性能，还能改善材料的耐腐蚀性。
渗氮的主要应用领域包括机械制造、汽车工业、航空航天等。
在机械制造中，渗氮可以增加零件的硬度和耐磨性，延长使用寿命；在汽车工业中，渗氮可以提高引擎零件的耐磨性和抗腐蚀性能；在航空航天领域，渗氮可以增强航空发动机部件的耐高温和耐磨性能。
渗氮的工艺流程一般包括清洗件表面、装配件和炉内预处理、渗氮和回火处理等步骤。
渗氮一般采用封闭式和开放式两种方式进行，根据具体应用需求可以选择合适的渗氮工艺。
二、渗碳渗碳是将碳原子渗入材料表面形成碳化物层的过程。
碳原子通过高温处理和含有碳气体的氛围，渗透到材料表面并在表面与材料中的元素反应，形成硬质碳化物层。
渗碳技术不仅能提升材料的硬度和耐磨性，还可以改善材料的断裂韧性和抗腐蚀性。
渗碳广泛应用于机械零件、钢铁制品等领域。
渗碳后的材料表面硬度高、耐磨性好，适用于制作耐磨零件，如轴承、齿轮等；同时碳化层的外表面与空气隔绝，降低了材料的腐蚀速率，提高了零件的使用寿命。
渗碳的工艺流程包括预处理、渗碳、淬火和回火等。
渗碳一般采用气体渗碳和液体渗碳两种方式进行，具体工艺参数可以根据材料的要求进行选择。
三、碳氮共渗碳氮共渗是将碳原子和氮原子同时渗入材料表面形成碳氮共渗层的过程。
碳氮共渗通过碳氮共渗剂和高温处理，使碳原子和氮原子分别与材料中的元素发生反应，形成硬质碳氮化物层。
碳氮共渗能够同时获得渗碳和渗氮的特性，提高材料的硬度、耐磨性和抗腐蚀性。
碳氮共渗广泛应用于汽车工业、航空航天等领域。
在汽车工业中，碳氮共渗可以提高零部件的硬度和耐磨性，同时还可以提高零部件的抗磨损能力和抗腐蚀性；在航空航天领域，碳氮共渗可以增强发动机部件的抗高温性能和抗腐蚀能力。
渗氮
渗氮求助编辑渗氮，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。
目录编辑本段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。
这种工艺适用于渗层浅、畸变要求严、硬度要求高的零件，但处理时间过长。
多段渗氮是在整个渗氮过程中按不同阶段分别采用不同温度、不同氨分解率、不同时间进行渗氮和扩散。
整个渗氮时间可以缩短到近50小时，能获得较深的渗层，但这样渗氮温度较高，畸变较大。
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。
编辑本段离子渗氮又称辉光渗氮，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。
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。
渗碳与渗氮的区别
钢的渗碳和渗氮钢的渗碳---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。
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。
渗碳和渗氮的新概念及其实际运用
渗碳和渗氮的新概念及其实际运用
渗碳和渗氮是一种表面处理技术，通过在金属表面浸渍碳或氮元素，改变其表面的化学组成和结构，从而提高金属材料的硬度、耐磨性、耐蚀性和耐热性等性能。
渗碳和渗氮的新概念主要包括以下几个方面：
1. 纳米渗碳和纳米渗氮：传统的渗碳和渗氮主要是通过高温热处理和化学反应实现的，而纳米渗碳和纳米渗氮则利用纳米颗粒的超高表面活性，使碳或氮元素更容易渗透到金属表面。
这种技术可以在较低的温度下进行，并实现更高的渗碳和渗氮效果。
2. 高速渗碳和高速渗氮：传统渗碳和渗氮的处理时间较长，通常需要几个小时到几十个小时。
而高速渗碳和高速渗氮则通过应用高能量的电子束或离子束，在短时间内高效地实现渗碳和渗氮过程，大大节省了处理时间。
3. 渗碳和渗氮复合处理：将渗碳和渗氮技术结合起来进行复合处理，可以在金属表面形成复合层，同时提高金属材料的硬度、抗磨损性和耐腐蚀性等性能。
这种复合处理技术广泛应用于汽车发动机曲轴、齿轮、刀具等高强度、高耐磨部件的制造。
实际应用方面，渗碳和渗氮技术被广泛应用于各个领域，如汽车制造、航空航天、工程机械、石油化工等。
在汽车制造中，渗碳和渗氮技术可以应用于发动机部件、传动系统和刹车系统等关键零部件的制造，提高其使用寿命和性能稳定性。
在航空
航天领域，渗碳和渗氮技术可以应用于航空发动机涡轮叶片、导向叶片等高温部件的制造，提高其耐热性和耐腐蚀性。
总之，渗碳和渗氮的新概念和实际运用不断拓展着金属材料表面处理的领域，为各个行业提供了更高性能的金属材料解决方案。
渗碳和渗氮的实际应用区别
渗碳是将钢铁加热到临界温度以上进行碳的渗入扩散的,所以也叫奥氏体化学热处理,它属于高温化学热处理,故工件畸变大.一般使用低碳钢渗碳处理,以得到心部韧性好,表面硬度高的特性.渗碳后,工件表面含碳量一般高于0.8%.淬火并低温回火后,在提高硬度和耐磨性的同时,心部能保持相当高的韧性,可承受冲击载荷,疲劳强度较高.渗氮则是在低于铁氮共析温度进行氮的扩散的,又可称为低温化学热处理(铁素体化学热处理).因此,变形小.当钢中含有铬、铝、钼等金属氮化物时,可获得比渗碳层更高的硬度、耐磨、耐蚀和抗疲劳性能.渗氮主要用于对精度、畸变量、疲劳强度和耐磨性要求都很高的工件,例如镗床主轴、镗杆,磨床主轴,气缸套等.1、对于高冲击应用场合,由于渗碳有较深的硬化层而提供更长的使用寿命;而对于注重速度的低冲击应用场合,渗氮能提供更长的使用期限,虽然硬化层深度小于渗碳,但渗氮表面硬度较高，具有更佳的耐磨性能。
2、价格上应该渗氮便宜吧。
渗碳钢的化学成分特点:常用渗碳钢可以分碳素渗碳钢和合金渗碳钢两大类.(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％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)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.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.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.渗碳零件注意事项:(1)渗碳前的预处理正火--目的是改善材料原始组织、减少带状、消除魏氏组织,使表面粗糙度变细,消除材料流线不合理状态.正火工艺;用860--980C空冷、179--217HBS.(2)渗碳后需进行机械加工的工件,硬度不应高于30HRC.(3)对于有薄壁沟槽的渗碳淬火零件,薄壁沟槽处不能先于渗碳之前加工.(4)不得用镀锌的方法防渗碳.渗氮用钢---凡含有Cr、Mo、V、Ti、Al等元素的低、中碳合金结构钢、工具钢、不锈钢(不锈钢渗氮前需去除工件表面的钝化膜,对不锈钢、耐热钢可直接用离子氮化方法处理)、球墨铸铁等均可进行渗氮.渗氮后零件虽然具有高硬度、高耐磨性和高的疲劳强度,但只是表面很薄的一层(铬钼铝钢于500--540C经35--65h渗氮层深只达0.3--0.65mm) .必须有强而韧的心部组织作为渗氮层的坚实基底,才能发挥渗氮的最大作用.总的来看,大部分渗氮零件是在有摩擦和复杂的动载荷条件下工作的,不论表面和心部的性能都要求很高.如果用碳钢进行渗氮,形成Fe 4N和Fe 2N较不稳定。
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 。
热处理知识——渗碳和渗氮
热处理知识——渗碳与渗氮热处理在机械制造业中占有举足轻重的作用，作为机械从业人员，自身要具备较为全面的热处理知识，这对于我们的日常工作尤为重要。
首先我们先简要介绍热处理的目的及分类，本文重点掌握渗碳和渗氮这两种方式。
.热处理的目的：消除毛坯(如铸件/锻件)中的组织缺陷，消除半成品或焊接件残余应力，改善零部件工艺性能，最主要的是热处理能够提高材料的力学性能，满足其在各种应用场合的功能和寿命要求。
热处理的分类：常用的热处理可分为如下三大类:1、普通热处理（正火、退火、淬火、回火。
也就是我们常说的“四把火”）2、表面淬火（感应淬火、火焰淬火、激光淬火）3、化学热处理（渗碳、渗氮、碳氮共渗）对于热处理，大家可以这样来简化描述：都是由加热、保温、冷却三个阶段组成。
不同热处理方法区别就在于这三个阶段，加热方式，加热温度或者加热的速度不同；保温方式，保温环境或者保温时间不同等；冷却的速度及冷却的环境不同等。
进入正文，主要介绍渗碳和渗氮渗碳定义：把零部件置于渗碳介质中，加热到单相奥氏体区，保温一定时间，使碳原子渗入钢表层的化学热处理工艺。
目的：使零件表面具有高硬度、耐磨及疲劳极限，心部具有较高的强度和韧性。
常用钢种：含碳量0.1%-0.25%的碳钢或合金（即低碳钢和低碳合金钢）渗碳方法：常用的气体渗碳法：工件置于密闭的加热炉中，滴入煤油、丙酮、甲苯等在高温（900-950°C）下分解出CO、CO2、CH4等，气体再分解出活性碳原子，随后活性碳原子溶于高温奥氏体中，随着时间进行，碳原子逐渐向内扩散，深度主要取决于保温时间，可大约按0.2mm/h的速度近似计算。
关键技术点：1）表面含碳量最好在0.85%-1.05%内，若含碳量过低，淬火、低温回火后得到的回火马氏体，含碳量较低，硬度低，耐磨性差。
2）在一定的渗碳层深度范围内，随渗碳层深度的增加，疲劳极限、抗弯强度及耐磨性都将增加，但渗碳层深度超过一定限度后，疲劳极限反随着渗碳层深度的增加而降低。
氮碳共渗与碳氮共渗的区别
氮碳共渗：又称软氮化或低温碳氮共渗,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。
常用的氮碳共渗方法有液体法和气体法。
处理温度530～570℃，保温时间1～3小时。
早期的液体盐浴用氰盐，以后又出现多种盐浴配方。
常用的有两种：中性盐通氨气和以尿素加碳酸盐为主的盐，但这些反应产物仍有毒。
气体介质主要有：吸热式或放热式气体（见可控气氛）加氨气；尿素热分解气；滴注含碳、氮的有机溶剂，如甲酰胺、三乙醇胺等。
氮碳共渗不仅能提高工件的疲劳寿命、耐磨性、抗腐蚀和抗咬合能力，而且使用设备简单，投资少，易操作，时间短和工件畸变小，有时还能给工件以美观的外表。
碳氮共渗：以渗碳为主同时渗入氮的化学热处理工艺。
它在一定程度上克服了渗氮层硬度虽高但渗层较浅，而渗碳层虽硬化深度大，但表面硬度较低的缺点。
应用较广泛的只有气体法和盐浴法。
气体碳氮共渗介质是渗碳剂和渗氮剂的混合气，例如滴煤油（或乙醇、丙酮）、通氨；吸热或放热型气体中酌加高碳势富化气并通氨；三乙醇胺或溶入尿素的醇连续滴注。
[C]、[N]原子的产生机制除与渗碳、渗氮相同外，还有共渗剂之间的合成和分解：CO+NH3⇔HCN+H2OCH4+NH3⇔HCN+3H22HCN⇔2[C]+2[N]+H2碳氮共渗并淬火、回火后的组织为含氮马氏体、碳氮化合物和残余奥氏体。
深0.6～1.0mm 的碳氮共渗层的强度、耐磨性与深1.0～1.5mm的渗碳层相当。
为减少变形，中等载荷齿轮等可用低于870℃的碳氮共渗代替930℃进行的渗碳。
很全面,渗碳+渗氮+碳氮共渗表面处理工艺
很全面，渗碳+渗氮+碳氮共渗表面处理工艺渗碳与渗氮一般是指钢的表面化学热处理渗碳必须用低碳钢或低碳合金钢。
可分为固体、液体、气体渗碳三种。
应用较广泛的气体渗碳，加热温度900-950摄氏度。
渗碳深度主要取决于保温时间，一般按每小时0.2-0.25毫米估算。
表面含碳量可达0.85%-1.05%。
渗碳后必须热处理，常用淬火后低温回火。
得到表面高硬度心部高韧性的耐磨抗冲击零件。
渗氮应用最广泛的气体渗氮，加热温度500-600摄氏度。
氮原子与钢的表面中的铝、铬、钼形成氮化物，一般深度为0.1-0.6毫米，氮化层不用淬火即可得到很高的硬度，这种性能可维持到600-650摄氏度。
工件变形小，可防止水、蒸气、碱性溶液的腐蚀。
但生产周期长，成本高，氮化层薄而脆，不宜承受集中的重载荷。
主要用来处理重要和复杂的精密零件。
涂层、镀膜、是物理的方法。
“渗”是化学变化，本质不同。
钢的渗碳——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。
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。
中国古代的钢铁渗碳和渗氮技术
中国古代的钢铁渗碳和渗氮技术我国是最古老的文明古国之一,在金属热处理技术发展史上,我国古代先民做出过杰出的贡献,取得了许多伟大的成就。
在化学热处理方面,我国先民依靠自己的聪明才智,发展了多种工艺,包括渗碳、渗氮、碳氮共渗等。
这些技术的发展,推动了我国古代金属材料的应用和对材料的表面改性,形成了具有特色的古代热处理技术。
本文在文献史料和考古成果综合分析的基础上,力图反映我国古代钢铁渗碳和渗氮技术状况,并提出一些分析见解,以求同行较全面准确地认识古代化学热处理的发展历程。
限于热处理考古属交叉领域,不当之处在所难免,望予以指正。
1钢铁渗碳技术1．1固体渗碳固体渗碳是将工件埋入固体渗碳物质中进行处理的工艺,它是最古老的热处理技术之一。
从公元前18世纪一直到18世纪,固体渗碳都是西方钢铁增碳的主流手段。
因此在国外产生了多种不同的固体渗碳工艺,大体可分为灼烧法、焖熬法和层叠法。
其渗碳工艺水平相当高,甚至在17世纪以后还开发出固体渗碳专用的窑炉和箱式炉。
我国古代除了拥有传统的灼烧法固体渗碳方法以外,古文献中还描述了焖熬法固体渗碳方法。
1．1．1灼烧法固体渗碳一般认为人工冶铁的发源地是两河流域北部、土耳其及其附近地区。
该地有很多的铁矿,而铜矿又较少。
在靠近土耳其的Changar Bazar镇出土的匕首柄,其年代可定为公元前2700年以前。
而根据报道,在Gizeh的大金字塔内遗存一块铁板,使人工冶炼金属铁板的年代提前到公元前2761年以前。
这些人工冶铁器件是将铁矿石还原后经锻接的产物。
人工冶铁的初级产品是海绵铁,它是由铁矿石在约1200℃的木炭火的温度下还原出来的,海绵铁是杂质含量很高的松散、柔软的金属块,其杂质主要有未还原的氧化铁、铁橄榄石、木炭粉等,为了用它制作器物,只有将其反复加热锻打、去渣、聚块、分散杂质后,才能获得可以造型的熟铁,这种熟铁通常被称为块炼铁。
海绵铁的加热往往是在灼热的木炭中进行,其时铁被埋在木炭之间,在铁的作用下,未完全燃烧的一氧化碳发生分解,分解的活性碳形成高的碳势,铁在碳势气氛中,自然而然地被渗碳。
渗碳 渗氮 区别
渗碳和渗氮最大的区别就是介质不同，适用的钢也不同，渗碳适用于低碳钢，渗氮适用于中碳钢。
渗碳是目前应用最广泛的一种化学热处理方法。
它是渗碳介质在工件表面产生的活性碳原子，经过表面吸收和扩散将碳渗入低碳钢或低碳合金钢工件表层，使其达到共析或略高于共析成分时的含碳量，以便将工件淬火和低温回火后，其表层的硬度、强度，特别是疲劳强度和耐磨性，较心部都有显著的提高，而心部仍保持一定的强度和良好的韧性。
渗碳方法
（1）固体渗碳：粒状或膏状渗碳剂中渗碳
（2）液态介质渗碳：盐浴渗碳
（3）气体渗碳：有机含碳气氛中进行
（4）特殊渗碳：真空渗碳、离子渗碳、液态床渗碳
将氮渗入钢件表面的热处理工艺称为钢的氮化或渗氮。
特点
氮化能使钢件表面获得比渗碳更高的表面硬度（可高达HV950~1200）、耐磨性、疲劳强度、红硬性及抗咬合性。
氮化在钢件表面形成稳定的化合物层，所以氮化还可以提高钢件的抗蚀性。
氮化温度低，一般480~600C，常用560C，而且氮化后通常炉冷，因此氮化后工件变形很小。
但氮化周期长，一般几十甚至上百小时、成本高、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、碳氮共渗
渗碳、渗氮、碳氮共渗三者有什么不同？反映在材料题上具体有什么不一样的效果
渗碳:渗碳后的工件经淬火和低温回火，使表面具有高硬度和耐磨性，而心部仍保持良好的塑性和韧性，从而满足工件外硬内韧的使用要求。
渗氮：零件渗氮后表面形成一层氮化物，不需要淬火就可以具有高的硬度、耐磨性、抗疲劳性和一定的腐蚀性，而且变形也很小。
碳氮共渗：又称氰化。
碳氮共渗是将钢件表面同时渗入碳原子和氮原子，形成碳氮共渗层，以提高工件的硬度、耐磨性和疲劳强度的处理方法。
渗碳淬火、渗氮与碳氮共渗外观区别
三种热处理工艺处理的工件外观上差别不大，都有氧化色。
通过外观观察即可判定其热处理工艺的可能性不大。
渗氮是为什么。
渗碳是因为低碳钢含碳量不够。
那渗氮是为什么。
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。
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。
另外渗碳的最终目的是使渗过碳的工件表面获得很高的硬度，提高其耐磨程度。
热处理知识——渗碳和渗氮
热处理知识——渗碳与渗氮热处理在机械制造业中占有举足轻重的作用，作为机械从业人员，自身要具备较为全面的热处理知识，这对于我们的日常工作尤为重要。
首先我们先简要介绍热处理的目的及分类，本文重点掌握渗碳和渗氮这两种方式。
.热处理的目的：消除毛坯(如铸件/锻件)中的组织缺陷，消除半成品或焊接件残余应力，改善零部件工艺性能，最主要的是热处理能够提高材料的力学性能，满足其在各种应用场合的功能和寿命要求。
热处理的分类：常用的热处理可分为如下三大类:1、普通热处理（正火、退火、淬火、回火。
也就是我们常说的“四把火”）2、表面淬火（感应淬火、火焰淬火、激光淬火）3、化学热处理（渗碳、渗氮、碳氮共渗）对于热处理，大家可以这样来简化描述：都是由加热、保温、冷却三个阶段组成。
不同热处理方法区别就在于这三个阶段，加热方式，加热温度或者加热的速度不同；保温方式，保温环境或者保温时间不同等；冷却的速度及冷却的环境不同等。
进入正文，主要介绍渗碳和渗氮渗碳定义：把零部件置于渗碳介质中，加热到单相奥氏体区，保温一定时间，使碳原子渗入钢表层的化学热处理工艺。
目的：使零件表面具有高硬度、耐磨及疲劳极限，心部具有较高的强度和韧性。
常用钢种：含碳量0.1%-0.25%的碳钢或合金（即低碳钢和低碳合金钢）渗碳方法：常用的气体渗碳法：工件置于密闭的加热炉中，滴入煤油、丙酮、甲苯等在高温（900-950°C）下分解出CO、CO2、CH4等，气体再分解出活性碳原子，随后活性碳原子溶于高温奥氏体中，随着时间进行，碳原子逐渐向内扩散，深度主要取决于保温时间，可大约按0.2mm/h的速度近似计算。
关键技术点：1）表面含碳量最好在0.85%-1.05%内，若含碳量过低，淬火、低温回火后得到的回火马氏体，含碳量较低，硬度低，耐磨性差。
2）在一定的渗碳层深度范围内，随渗碳层深度的增加，疲劳极限、抗弯强度及耐磨性都将增加，但渗碳层深度超过一定限度后，疲劳极限反随着渗碳层深度的增加而降低。
渗碳与渗氮的区别
钢的渗碳和渗氮钢的渗碳---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。
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。
渗碳与渗氮的区别
渗碳与渗氮的区别
渗碳和渗氮是两种常用的表面处理方法，主要用于提高金属材料
的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。
它们的区别主要体现在以下几个方面：
1. 渗碳的原理是将含碳物质（如固体碳源、气体碳源或液体碳源）与金属材料接触，在高温下进行热处理，使金属表面与外层产生
富碳的化合物层。
这样可以增加材料的表面硬度和耐磨性。
渗氮
的原理类似，只是使用的是含氮物质。
2. 渗碳主要用于不锈钢、低合金钢、铸铁等材料，而渗氮主要用
于不锈钢、合金钢和铝合金等材料。
3. 渗碳形成的化合物层一般厚度在0.02~2mm之间，而渗氮形成的化合物层一般较薄，厚度通常在0.005~0.1mm之间。
4. 渗碳的处理温度一般在800~950℃左右，而渗氮的处理温度一般在500~600℃左右。
5. 渗碳处理后的材料表面会有一定的碳化物相，如Fe3C等，而渗
氮处理后的材料表面会有一定的氮化物相，如Fe4N等。
渗碳和渗氮虽然都是表面处理方法，但原理、适用材料、处理温度、化合物层厚度等方面存在一定的差异。
具体应根据具体材料
的要求和处理目的选择适合的处理方法。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
钢的渗碳和渗氮
钢的渗碳---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。
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
渗碳零件注意事项:
(1)渗碳前的预处理正火--目的是改善材料原始组织、减少带状、消除魏氏组织,使表面粗糙度变细,消除材料流线不合理状态。
正火工艺;用860--980C空冷、179--217HBS
(2)渗碳后需进行机械加工的工件,硬度不应高于30HRC。
(3)对于有薄壁沟槽的渗碳淬火零件,薄壁沟槽处不能先于渗碳之前加工。
(4)不得用镀锌的方法防渗碳。
防止渗碳方法
(1)加大余量法---在不需要渗碳的部位预先留出一定的加工余量,其留量比渗碳层深度大一倍以上。
渗碳后先车去渗碳层再转淬火。
(2)镀铜法---在不需渗碳的部位电镀一层0.02--0.04mm的铜,铜层要致密,不得暴露原金属。
(3)涂料法---在不需渗碳的部位涂上防渗涂料。
(4)工装法----自制专用工装,把不需渗碳的部位封闭密封。
钢的渗氮---(强化渗氮;抗蚀渗氮)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。
与渗碳相比，渗氮处理后零件具有: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(450-600C)进行,因而变形小,体积稍有胀大。
缺点是周期长(一般气体渗氮土艺的渗氮时间长达数十到100h)、成本高、渗层薄(一般为0.5mm左右)而脆,不能承受太大问接触应力和冲击载荷。
渗氮用钢---从理论上讲,所有的钢铁材料都能渗氮。
但我们只将那些适用可渗氮处理并能获得满意效果的钢才称为渗氮用钢。
凡含有Cr、Mo、V、Ti、Al等元素的低、中碳合金结构钢、工具钢、不锈钢(不锈钢渗氮前需去除工件表面的钝化膜,对不锈钢、耐热钢可直接用离子氮化方法处理)、球墨铸铁等均可进行渗氮。
渗氮后零件虽然具有高硬度、高耐磨性和高的疲劳强度,但只是表面很薄的一层(铬钼铝钢于500--540C经35--65h渗氮层深只达0.3-- 0.65mm) 。
必须有强而韧的心部组织作为渗氮层的坚
实基底,才能发挥渗氮的最大作用。
总的来看,大部分渗氮零件是在有摩擦和复杂的动载荷条件下工作的,不论表面和心部的性能都要求很高。
如果用碳钢进行渗氮,形成Fe 4N和Fe 2N较不稳定。
温度稍高,就容易聚集粗化,表面不可能得到更高的硬度,并且其心部也不能具有更高的强度和韧性
为了在表面得到高硬度和高耐磨性,同时获得强而韧的心部组织,必须向钢中加入一方面能与氮形成稳定氮化物,另外还能强化心部的合金元素。
如Al、Ti、V、W、Mo、Cr等,均能和氮形成稳定的化合物。
其中Cr、W、Mo、V还可以改善钢的组织,提高钢的强度和韧性。
目前专门用于渗氮的钢种是38CrMoAlA,其中铝与氮有极大的亲和力,是形成氮化物提高渗氮层强度的主要合金元素。
AlN 很稳定,到约1000C的温度在钢中不发生溶解。
由于铝的作用使钢具有良好的渗氮性能,此钢经过渗氮表面硬度高达
100--1200HV(相当67--72HRC)。
38CrMoAlA钢脱碳倾向严重,各道工序必须留有较大的加工余量。
一般零件表面耐磨20Cr
冲击载荷下的零件表面耐磨、心部刚性强18Cr2Ni4WA 重载荷下的零件表面硬度、心部强度都较高40Cr
冲击和重载荷下的零件表面耐磨、心部韧性、强度都
高30CRNiMoA
精密零件表面硬度、心部强度都高38CrMoAlA 对高硬度、高耐磨性要求的氮化件,不宜选用碳钢和一般合金钢。
对以提高抗蚀性能为主的氨化件可选用碳钢和一般合金钢。
渗氮零件注意事项:
(1)渗氮前的预备热处理调质--渗氮工件在渗氮前应进行调质处理,以获得回火索氏体组织。
调质处理回火温度一般高于渗氮温度。
(2)渗氮前的预备热处理去应力处理--渗氮前应尽量消除机械加工过程中产生的内应力以稳定零件尺寸。
消除应力的温度均应低于回火温度,保温时间比回火时间要长些,再缓慢冷却到室温。
断面尺寸较大的零件不宜用正火。
工模具钢必须采用淬火回火,不得用退火。
(3)渗氮零件的表面粗糙度Ra应小于1.6um,表面不得有拉毛、碰伤及生锈等缺陷。
不能及时处理的零件须涂油保护,以免生锈。
吊装入炉时再用清洁汽油擦净以保证清洁度。
(4)含有尖角和锐边的工件,不宜进行氮化处理。
(5)局部不氮化部位的保护,不宜用留加工余量的方法。
(5)表面未经磨削处理的工件,不得进行氮化。
防止渗氮方法
(1)镀锡法---在防渗表面镀10--15um的锡层,防渗层太薄则效果差,厚了又容易使锡漫流。
(2)涂料法---将锡粉、铅粉、氧化铬粉以3:1:1比例混匀,用氯化锌浴液调成稀糊状涂于零件防渗表面,或用水玻璃(质量分数为10--15％)和石墨粉(质量分数为85--90％)调成糊状涂刷后,缓慢烘干。
(3)工装法----自制专用工装,把不需渗氮的部位封闭密封。
渗氮后的零件,工作表面即能获得高硬度,一般情况下不再进行其他加工,因此常是最后一道工序(氮化后的工件至多再进行精磨或研磨加工)。
可得到600-- 1200HV的表面硬度,耐磨性很高。
这一高硬度可保持引500C(长期),甚至600C(短期),疲劳极限可提高30--300％,抗蚀性能也得到提高。
钢的碳氮共渗---就是将碳、氮同时渗入工件表层的化学热处理过程(加热温度高于临界温度Ac1或Ac3 ,不宜高于900C,以吸收碳原子为主)。
兼有两者的长处,这种工艺有逐步代替渗碳的趋势。
主要优点如下:
(1)渗层性能好---共渗层比渗碳层的耐磨性和疲劳强度更高,比渗氮层有更高的抗压强度和较低的表面脆性。
(2)渗入速度快---由于氮的渗入不仅降低了渗层的临界点,同时还增加了碳的扩散速度。
(3)变形小---碳氮共渗温度比渗碳低,晶粒不会长大,适宜于直接淬火,可以减小变形。
(4)不受钢种的限制---各种钢铁材料都可以进行碳氮共渗。
但是,由于碳氮共渗零件的渗层较薄,为了提高心部强度,因而多选
用含碳较多门钢,w(c)可达0.5％;对于要求表面高硬度、高耐磨性的零件，常采用40Cr , 40CrMo ,40CrNiMo , 40CrMnMo等中碳合金结构钢
碳氮共渗的缺点是共渗层较薄,易产生黑色组织。