金属热处理:渗氮

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使氮原子渗入钢铁工件表层内的化学热处理工艺。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﹐氨气热分解產生活性氮原子﹐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。钢铁渗氮的研究始於20世纪初﹐20年代以后获得工业应用。最初的气体渗氮﹐仅限於含铬﹑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。
    渗入钢中的氮一方面由表及裡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﹐但由於心部硬度较低﹐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。
     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。它适用於38CrMnAc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﹐可用於精度要求高﹑又有耐磨要求的零件﹐如鏜床鏜杆和主轴﹑磨床主轴﹑气缸套筒等。但由於渗氮层较薄﹐不适於承受重载的耐磨零件。
    气体参氮可採用一般渗氮法(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。这种工艺适用於渗层浅﹑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採用不同温度﹑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﹑气体燃烧產物等的腐蚀。