漫谈（五）我的娱乐牌——气体氮化和软氮化

一张餐巾纸

　　　在朋友相送的渗氮炉上，最近做了一点以不同工艺用于某些小零件上的事情（见附件）。借此，想说的是热处理确实是很有趣味的一门专业，里面隐藏着无穷无尽的奥秘，作为个人，知道的仅仅是一孔之见。学以致用，知识只有在应用中转化为社会财富才有意义；有知识不会有或不想用，满腹学问，通通贬值，最终化为乌有。
　　大年初一，一位登门拜年的朋友（已两年未见），交谈中，他说：‘你帮助我搞的把氮化用在我的产品上，已经是工厂的看家本领，现在令人发愁的是产品老用不坏。与用户的关系是牢固了，可订货少多啦。’我大笑：‘市场那么大，你干嘛要吊在一颗树上！’
　　　热处理这一行，只要找准其中一个感兴趣的题目，即便捣鼓一辈子仍不见尽头。论坛上时常有人提出‘热处理有没有前途’的问题，那是因为还没有‘入门’。
　　　注：本帖应当放在‘空间’里为妥，可惜 ‘附件’不能上传。

　　　　　　　　　　　　　

LIUYANG

何老可以谈谈奥氏体氮碳共渗的应用及要点吗？

一张餐巾纸

刘工：您好！
　　您提的问题，回复如下
　　１，早期，根据Fe-N平衡图，将渗氮温度提高到590℃以上进行渗氮处理，不论合金钢或碳素钢，由于能够获得较厚的白亮层，提高了抗大气腐蚀的能力而得到应用。然而，处理温度较高，合金结构钢的心部强度下降幅度大，承载能力明显受损，所以仅用于负荷不大又要求比较高的抗蚀（防锈）条件下运用，并归类为‘抗蚀氮化’范畴。在抗蚀氮化后的冷却方法上，合金钢同样是随炉冷却，碳素钢允许油冷。把‘抗蚀氮化’列为章节，这在早一些的教科书和专业书上都可以看到，近期的专业书时常也可看到这样论述的痕迹。
　　２，自从氮碳共渗（软氮化）技术得到发展，特别是应用在价廉的碳素钢（含低合金钢）零件上，获得一些意想不到的好效果，被工程界广为认可，之后对渗层表面组织特性的研究大大活跃起来。先进研究方法与Fe-N-C三元相图的公布，开始弄清了渗氮层表面组织中的一些细节问题，于是出现了新的分类：铁素体氮碳共渗和奥氏体氮碳共渗。
　　３，奥氏体氮碳共渗技术，目前主要用于碳素钢上，希望获得的表面组织是由铁的氮化物＋含氮奥氏体淬火层——两层组成的白亮层。现代研究结果表面，不论从耐蚀性和耐磨性上，都比铁素体氮碳共渗的白亮层要好，甚至好的多，先决条件是化合物白亮层要致密。这就为该项技术的应用开辟了新的高地。
　　　它的问题是处理温度较高，为获得奥氏体淬火层还必须快冷。这样干，对形状简单尺寸要求不怎么严格的零件一般没有问题，而对于容易变形的零件就会增大变形，甚至造成外形尺寸不合格，这就限制了它的应用范围。而外形尺寸要求比较严格的零件，铁素体氮碳共渗处理后的外形尺寸变形就小的多，这种优点同样令人青睐。
　　　４，例如，附件中‘图一’零件，尺寸较大形状单簿，凹槽内要求耐磨性好（≥450HV0.1，没有上限限制），并希望有较好的抗大气腐蚀能力。对此，用奥氏体氮碳共渗法，应当比较理想。单件绑扎试验后，看到有明显的变形发生，但可以勉强达到要求，而若转入批量生产，零件只能叠堆放置（提高装炉数量），叠堆放置，只能用脉冲法工艺。在这种情况下，出炉快冷造成的变形必然有相当一部分超差而报废。因此，只好用铁素体氮碳共渗——脉冲法进行生产。
　　　此例表明，在此项技术的应用上，没有固定模式。我的体会是，结合现场条件，综合考虑，避免顾此失彼，抓住技术要求的要点，在可行条件下，并力求做的更好。
　　　老话一句：一孔之见，错了请纠正。

江湖123

何老真是老有所为，多培养一些氮化方面的人才

shenfuhai

何老好，我作Ｈ１３料的软氮化，渗层种存在脉状氮化物；请问在工艺上如何调整，才能消除渗层的脉状氮化物？谢谢．

一张餐巾纸

回复５#
沈工：您好！
　　关于渗氮层（扩散层）中产生脉状组织问题，看到论坛中多次提到，可一直不敢发表意见，因为我的实践中存在着同样的问题，也没有找到好的解决方法；也许同行中已经有所发现，只是不愿意透露解决方法而已，毕竟，这是一个生产中长期存的在很棘手的事情。
　　尽管如此，这里冒然就获得的一些学习心得，说说关于此问题的看法。
　　１，脉状组织发生在合金钢深层渗氮时的白亮层组织之下的扩散层中，钢中多合金元素越多（尤其是中、高合金钢），渗层越厚（＞0.25mm），情况越严重。要想用一般的调整原始组织和渗氮工艺参数的方法来解决脉状组织的问题，虽然有一定作用，但在较深层的合金钢上，还是不够明显。据报道，离子渗氮产生脉状组织的倾向更大。实际上当前的气体渗氮也不能避免脉状组织的发生。
　　２，由于不能（难以）避免，于是国家标准中把脉状组织分为5级。4级是较严重的脉状组织，并发展到少量断续网状氮化物状态，5级是氮化物连续网状分布状态。氮化物呈网状，公认不允许的（脆性明显增大）。而脉状组织为1~3级，一般零件是合格品，重要零件则要求１～２级。这就是说，脉状组织的存在是允许的，只是要符合技术要求等级。
　　３，关于脉状组织形成的机理，比较可信的说法是，由于渗氮时氮原子优先沿钢的晶界渗入，并生成合金氮化物质点，造成了晶界的合金元素贫乏，与晶内合金元素出现浓度差，晶内合金元素向晶界移动而偏聚，其后又与新渗入的氮原子结合，于是晶界上的氮化物越来越多。随着时间的增长，慢慢连成一片，并不断增厚，于是形成了我们在金相显微镜下看到的脉状组织。
　　４，如果上述说法（理论）是正确的，要遏制住它就成了一个大难题，其难度，恐怕可以与渗碳时避免‘内氧化’发生的问题相提并论。因为这两个问题，都是既定条件下的‘自然规律’现象。
　　这应该是一个有创新空间的课题，谁有奇思妙想？

孤鸿踏雪

有资料介绍：
   脉状组织是由于渗氮温度波动导致γ/相沿奥氏体晶界析出的结果，就目前的渗氮工艺而言，出现轻度的脉状组织是难免的，但不允许有粗达而又连接成网络状的氮化物，特别要防止出现块状或针状氮化物。
   网状氮化物产生的主要原因是渗氮温度过高，调质淬火过热，晶粒太粗，氮化物沿晶界延伸，从而使表面脆性增加，耐磨性和疲劳强度下降。
   针状氮化物形成的主要原因是渗氮前表面存在大块游离铁素体，铁素体增加了工件的吸氮能力，氮元素富集，氮化物沿一定晶面呈针状析出。因此，必须严格执行调质工艺规程，防止表面脱碳产生铁素体，防止调质淬火欠热残留铁素体，防止淬火冷却不当而出现上贝氏体组织中的铁素体片。

shenfuhai

回复 6# 一张餐巾纸


    深受教育,谢谢何老.
我曾经检测过一家客户的P20料的离子氮化;竟然没有发现脉状氮化物,,发上来供大家讨论.

一张餐巾纸

　　　杨工列出的解释也是说法之一，并补充了关于产生针状氮化物问题。从脉状组织形成的说法而言，除了钢成分、渗氮能力以外，是需要温度－时间这两个能量因素的，所以在深层渗氮上容易看到脉状组织并成为一个难题。沈工检测出来的具体深度是多少，从放大倍数看，好像只有0.2mm左右。如果深度大于0.25mm，那倒需要认真探索一番。

孤鸿踏雪

　　　杨工列出的解释也是说法之一，并补充了关于产生针状氮化物问题。从脉状组织形成的说法而言，除了钢成 ...
一张餐巾纸 发表于 2011-3-18 21:58

    “所以在深层渗氮上容易看到脉状组织并成为一个难题”，“这和深层渗碳容易形成碳化物聚集”有点类似。浅渗碳产品即使使用高的碳势，扩散时间很短也难以形成明显的碳化物。

heatingsun

此贴会火 mark

shenfuhai

回复 9# 一张餐巾纸


    何老好眼力！氮化深度大约在０.17mm左右；
　难道浅层氮化或软氮化就不会存在脉状氮化物吗？
　

一张餐巾纸

回复12#沈工
　　‘风起于青萍之末’，微风到台风都是‘风’，由‘微弱’到‘剧烈’是一个连续的渐进的增大过程，过程模模糊糊，无法运用；把它划为12等级则呈台阶式，标示清晰，为的是人们便于考察其利与弊。
　　　从微观角度上讲，对某些牌号的合金钢而言，渗氮之后，都应当有‘脉状氮化物’存在，即便是最初期，定然也有其‘胚芽’。从宏观角度看，渗氮深度较浅时，看不到‘脉状组织’，则可以认为‘没有’，因为它存在于规定条件下的可视范围（标准）以外。
　　　这就是说，对待工程问题不能用科学研究中‘钻牛角尖’的眼光去分是非；科学研究时也不必受工程上划界的限制来探索问题的究竟。
　　　杨工10#回帖用类比法谈问题，实际上也解答了您提的问题。

孤鸿踏雪

回复 8# shenfuhai


    模具氮化都是浅层的，一方面一般的模具钢氮化渗速缓慢，不宜（也不易）获得较深的渗氮层；另一方面，根据模具的服役条件，如果对其实施深层渗氮，则其渗氮层易发生剥落和碎裂。

shenfuhai

谢谢楼上各位的解答，对于模具氮化或软氮化都是众所周知的事情，即使浅层氮化如果能够出现观察或检测不到的脉状氮化物也是件非常好事情；虽然工业生产不是科研研究，但是追求一个比较理想的氮化效果，对于提高寿命是非常重要的一个因素。以上本人钻牛角，，让各位见笑了。

一张餐巾纸

呵，呵！沈工误会了。科学研究就是要‘钻牛角尖’，文雅用语叫‘探索科学前沿’、‘攀登科学高峰’，粗糙一点的用语叫‘打破沙锅问到底’。是我用词不当，更粗糙了一些，仅致歉意！沈工所提的问题很有价值，也值得关注和研究，绝无‘见笑’之意。
　　中心意思是，我们是搞应用科学的，钻研精神是很宝贵的素质，但只能运用已知科研发展到的深度来解决现实生产中的实际问题，并有所发现，有所创新，也是我们担负的使命；若从微观层次上追溯过深，要证明它又力所不能及，在解决现实问题时容易陷入茫然。
　　例如，在生产现场，我们时常可以看到就某一具体问题的看法，具有专业知识的双方发生了‘抬杠’式的争论，脸红脖子粗，弄到最后，双方讲的理由都回答不了对方提出的质疑，都拿不出证据来证明自己的正确。要害就在于向对方提出更深层次上的问题来难倒对方。这样的争论往往导致现实问题无法解决，订立标准的意义就是扫清这一类障碍，解决这一类问题。
　　如果个人天赋好，兴趣浓，又有经济、物质条件做保证，设一个专题，在已知的层次上再深入研究下去，那意义就大得多。可那已经不是现场热处理工作者而是科研工作者的任务了。

孤鸿踏雪

呵，呵！沈工误会了。科学研究就是要‘钻牛角尖’，文雅用语叫‘探索科学前沿’、‘攀登科学高峰’，粗糙一 ...
一张餐巾纸 发表于 2011-3-20 21:57

    不必解释，技术问题就应该争论、辩论，只要双方都有一个良好的心态，抬抬杠，钻钻牛角尖也不无好处哦。

shenfuhai

因为曾经看到有的公司氮化处理比较优秀的检测金相图片，所以产生不少遐想；
以下文件是北京一家氮化炉销售商的宣传图片，，给大家看看，能否有启发．

一张餐巾纸

回复１８#沈工
　　图片看到，在H13钢渗氮深度为0.265ｍｍ时，没有看到脉状组织，技术很先进。祝愿沈工的遐想能够通过自己的试验得以实现！

tlx322

浅层0。4以下基本上可以达到无脉状，深层就麻烦了，好多东西不能两全。