渗氮的同时是否也渗入氢？

chen4yun

14# 孤鸿踏雪


专家找到的资料很有说服力，我们对渗氢的防备来自于渗氮后的脆性级别检测，本来氮化的500来度就是氢易逸出的温度而且渗氮件表面耐磨不耐冲击，相比这个我们更害怕脉状氮化物和其他产品酸洗后氢脆，不过深入实验研究是很有指导意义的。

孤鸿踏雪

请问，关于《钢铁零件  渗氮层深度测定和金相组织检验》（GB/T11354—2005）规定的有关脆性检查，其渗氮层的脆性是来自氢脆吗？

chen4yun

这个不能这样说吧，综合因素决定的脆性，氢脆可能有但不是关键，氮化物是中心，浅薄之见。

ZX771

所谓“氢脆”是高温（通常指熔炼或锻造温度）下在铁中固溶度增大溶入量多，常温下H原子铁中固溶度急剧减小于是析出成为气体聚集在钢铁材料中形成“白点”使之变脆。在渗氮温度下H原子溶入量与高温状态相比已不是太多，常温下不会突显“氢脆”现象。

孤鸿踏雪

其实，我个人认为：渗氮与渗碳是有本质区别的！这一点，热处理超难（20#楼）的答帖有些谱。为什么对渗氮零件的清洗要比渗碳零件的清洗的要求要高得多？众所周知，过去使用井式炉渗碳一般是不进行清洗的！现在条件好了，多用炉和连续路均配置有清洗机，所以渗碳件也进行清洗，不仅可以提高渗速，更能保证表面硬度和渗层的均匀性。

孤鸿踏雪

23#楼言之有理，怎能说是浅薄之见呢？

yangxinshan

氮气属惰性气体，在氮化的工艺温度下，氮气不能分解的。除非电离。
氨气裂解产生原子状态的氮和氢  吸附在零件的表面，所以渗氮和渗氢同时存在。
在碳氢化合物和氨气裂解气中都存在大量的氢，所以渗氮、渗碳、碳氮共渗一定会有渗氢存在的！
化学热处理后的低温回火有除氢的作用，大部分材料有明显的效果，但对于20Gr2NI4A、18Gr2NI4WA除氢效果不明显，但20Gr2NI4A、18Gr2NI4WA重新加热淬火后，各项性能指标明显大幅度提高！

天山雪莲

渗氮的同时必然伴随着氢的渗入！不过，因为氢是不能形成化合物的元素，所以即使渗入一定深度，也会结合成氢分子，在渗氮的工艺温度下很容易逸出表面；即便氢与钢中碳结合形成甲烷（CH4）也会逸出表面的！所以，在正常的氮化条件下是不应担心渗入氢的。至于时常所说的白亮层脆性，不应是氢脆，各种文献资料均有介绍，应是Fe2N为基的固溶体产生的。

所以因为

我觉得天山雪莲提出的“至于时常所说的白亮层脆性，不应是氢脆”这个问题是关键，有讨论的必要！

孤鸿踏雪

关于氮化层的脆性问题
     所谓渗氮层的脆性，其实是指渗氮表面白亮层的脆性，是气体渗氮的主要问题之一。目前，对于产生脆性的原因和机理，尚存在不同的观点：一种认为是表层高氮的脆性ξ相Fe2N造成的，因此必须控制表面氮含量；另一观点认为当白亮层是两相混合组织ε+γ/时，由于两相结构类型与比容的差异，在不规则的相界面上存在很大的三向拉应力，脆性较大。如果白亮层为单相组织，脆性就小得多。有人用Φ10mm的圆棒做扭转试验，γ/+ε组织的白亮层扭转25°即发生脆裂，ε单相白亮层扭转35°脆裂，而γ/单相白亮层扭转90°以上才脆裂。γ/相的铁原子按面心立方排列，滑移系数目比ε相（六方结构）多，因而塑性好一些。所以。白亮层的脆性主要取决于它的相组成，主要决定因素是渗氮方法、渗氮规范和材料的化学成分。此外，当白亮层出现明显疏松时也会增加脆性。

proteam

电镀酸洗后也要除氢，是一样的吗？

孤鸿踏雪

回31#楼：电镀酸洗引起的氢脆，应在酸洗并漂洗后进行去氢回火，回火的温度应不超过工件原热处理的回火温度，回火后再下镀槽。

热处理超难

氮化层的脆性问题，我觉得30楼说的很详细，很专业。我个人认为主要和氮化层的硬度梯度有关，梯度过大，深层中硬度差别大，内部显微应力增大，脆性就大，而这些组织主要是ε+γ‘混合组织。而且，氮化层的耐磨性和耐咬卡能力，主要也决定于硬度梯度。

热处理超难

我不同意32楼的说法。如酸性后除氢再下镀槽，电镀除氢温度一般在200度左右，非渗氮面会有氧化色，即有轻微氧化膜层，直接电镀，影响结合力。渗氮零件不要进行阴极除油，仅采用阳极除油。同时，不能强侵蚀，可进行短时间弱侵蚀。如有条件，可采用吹湿砂处理。电镀后再按规定进行除氢处理。

孤鸿踏雪

回热处理超难（34#帖）：我在32#帖所讲是针对31#楼的问题而言的，与氮化没有关系，只是探讨因电镀产生的酸脆问题。

天山雪莲

对30#楼专家的分析，非常赞同。

孤鸿踏雪

这里有个小资料，供大家分析，渗氮与渗碳的不同：
     渗氮过程中的相行为是ε相单向（向内）长大；γ′是双向溶解；α[N]双向长大。
     在渗层相组成为ε-γ′-α[N]时，ε相起储氮、γ′起传递氮的作用。
     在渗入过程中，氮扩散流强度为        JεN≥JNγ≥JαN，通常ε、γ′不会阻碍α[N]扩展。

motion_0576

1 氮化/软氮化过程中肯定会吸氢，这一点与渗碳/碳氮共渗过程中吸氢问题是一样的，但吸氢后并不都一定会在产品服役时表现出“氢脆”现象。 首先，要对“氢脆”问题简单分析，才能解释化学热处理过程中“吸氢”后不一定表现出“氢脆”现象。
2 氢脆简单理解为2类，一类是不可逆氢脆：主要是指金属材料一旦发生氢损伤，无法通过中温或者室温除氢处理使金属材料塑性得到恢复。这类氢损伤包括：氢压裂纹（白点）、氢腐蚀、氢致相变等。另一类是：固溶的氢在拉伸过程中通过扩散、富集导致材料塑性下降的情况称为可逆氢脆。如果拉伸前或屈服前把试样中氢去除（通过加热或室温放置），则可以使塑性恢复。化学热处理中的“吸氢”就应该属于此类。
3 因为化学热处理过程中吸入的氢最高峰比原材料高10-20倍（用试样800℃萃取法测定），但是，一般直接淬火后，室温放置4周氢就逸出到原材料状态。对于渗碳直接淬火后800℃及时回火120min就可使吸入的氢逸出75%，因此，只要及时回火情况下不会出现氢脆问题。对于氮化/软氮化虽然不进行回火，但因为热处理后内应力较低，材料内部氢“陷阱”较低，在一段时间内氢主要扩散逸出，富集程度达不到造成氢损伤；况且，大部分氮化后缓冷吸入的氢在缓冷阶段也大部分逸出；氮化工件基体硬度一般为调质状态较低，也不容易造成氢损伤。
4 工件吸入的氢产生氢损伤（氢脆）是要在拉应力作用下才会发生，拉应力可以使热处理内应力，也可是外载荷导致的拉应力。当然还要加上“氢浓度”达到临界值，才可能产生氢脆。
5 可逆氢脆在断口特征上受加载速度影响很大，加载速度越大，氢脆特征越不明显。

孤鸿踏雪

我赞同38#楼的观点！我认为讨论和研究“氮化过程中是否会渗入氢和是否会引起氢脆”的问题，有两个关键点值得关注：
     1.渗氮和渗碳的机理是不同的，二者尽管都会不同程度的渗入一些（或者说少量）氢，但由于二者的表层状态明显不同，所以渗入氢时，氢的渗入和扩散行为也应有所不同。同时，在渗氮进行一定时间后，假如表面已形成化合物（哪怕是很微薄的一层膜），这种化合物层（或者说是化合物薄膜）对氢原子的继续渗入和内部氢分子的外逸，会产生什么作用呢？
     2.氮化结束后的冷却方式对氢分子逸出的作用。不言而喻，在缓慢冷却过程中，钢件表面至一定厚度处已结合成分子态的氢有机会（或者说是有时间）逸出，但如第一条提及的，化合物层对其逸出有无阻碍（或完全屏蔽）作用？而像采用渗后油冷等快冷方式，当然会对氢分子的逸出起到一定的抑制作用。

motion_0576

1 由于渗碳·/渗氮工件吸入的氢与冶金时钢水吸入的氢在数量级上相差太远，因此，不会产生诸如“白点”之类的氢脆现象。
2 如果在渗碳/渗氮温度下吸入的氢在缺陷处相遇结合成分子氢，由于温度高，材料塑性好，会通过塑性变形将应力释放掉，对室温的塑性影响是微乎其微的，真正会造成氢损伤的应该是固溶的“氢原子”。
3 化合物层和表面氧化层会对“氢原子”的逸出起到阻碍作用。
4 氮化后的工件是存在“氢脆”危险的，不是讲绝对不会产生氢脆。