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。

3，‘软氮化’含义不是指获得的硬度比所谓的‘硬氮化’的

硬度低，而是含有简便、省事、费用低的意思。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。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。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。 5

软氮化比普通氮化周期短，温度略低，因此变形更小，但硬度

和氮化层厚度略差，且气体软氮化无毒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。由於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。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，宜注意材料之特徵，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。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。但在渗氮前之最

后加工方法若采用抛光、研磨、磨光等，即可能产生阻碍渗氮