渗氮的同时是否也渗入氢？

孤鸿踏雪

众所周知：用氨作渗氮剂，氨在工艺温度下发生如下分解反应：NH3→2【N】+3H2↑。实际上这个反应式应写为NH3→2【N】+6【H】，   6【H】→3H2↑。其实，还有一部分【N】来不及渗入工件表面，也会发生2【N】→N2↑的反应形成N2连同H2和未分解的NH3一同作为废气排放。那么在工件表面渗入氮的同时，是否也会渗入氢呢？如果渗入，那么为什么鲜有人提及渗氢一说？又为什么不讲渗氮引起的氢脆呢？

一张餐巾纸

补充一点认识
47楼提出了一个令喜爱学习的朋友受到启发的问题。杨工重点对渗氮扩散层的硬度和合金元素之间的关系在理论上给予了简明的回答。
    仅就表面化合物（白亮层）的问题，补充一点相关知识的学习心得。
     天山雪莲朋友列出的ε和γ,相的硬度是纯铁与氮的化合物的硬度值。然而，这两种化合物还可以溶解‘碳’，相关资料显示；γ相在500～600℃时最大的碳溶解度为0.2％；ε相中碳的最大溶解度则随温度不同而有所变化，由450℃的～5％到700℃的3％。（这可不是什么‘微量’值，而是溶解度相当大。参阅Fe-N-C三元平衡图），有人用ε（C）、γ，（C）来表示。‘碳’的溶入可在一定限度内提高其硬度。
    所以，在碳素钢上，同一工艺条件下渗氮时，形成的白亮层是随着钢的含碳量增加而有所提高。氮碳共渗正是利用这一特性在渗氮气氛中添加一些供碳剂，使白亮层中的‘碳’按照人为的意愿增多，在含碳量低的碳素钢表面也能够获得碳溶解度较大的白亮层组织，从而使其硬度和其它某种性能得到改善。
    要指出的是氮碳共渗时，供碳剂过多，超过了该温度下化合物相的溶解限度，或者温度变（波）动大时，则会在白亮层中形成或析出碳化物类（FxC）的第三相。
    关于白亮层的相结构问题，前人已经做了不少研究。展开来看，不同的相结构对性能的影响同样具有多样性和复杂性，不是一个硬度问题就可以概括得了的，如何取舍，如何控制，应用得恰到好处，在理论上和实践中都有值得继续深入探讨的空间。
    对否？可商榷，共同提高。

hyhaha

3# huotaiqiang


不会哈！N-Fe的亲和力强比H-Fe的亲和力强，何况H在490-640之间在铁的溶解度很低，一般去H退火都在600多，所以没必要担心会H进去的！

mmmkkklll2

我听师傅说起过，会渗入一定的氢的，但是可能是因为渗入的较浅，氢脆很不明显吧，有的也可加去氢退火。

huotaiqiang

这个问题还真没注意过，不过个人认为，氢肯定是可以渗入的，渗氮还不是常常会产生氢脆的现象。

应该和渗氮过程中炉内气氛的浓度和压力有很大关系，我们常用的参数正好适合于氮的渗入，而不利于氢，所以正常情况下氢脆就会避免，一旦参数工艺出现问题的时候也就有可能出现了氢脆，也就说明氢的渗入过多。个人拙见

wya-8

1# 孤鸿踏雪
原因之一氢原子是直径最小的原子，在工艺温度下氢原子会吸附在工件表面，同时也能侵入/逸出，由于氢的还原性，当有NO时与一定量氢会发生反应：NO +2H→【N】+H2O，反应生成的H2O作为废气排放。曾有过3Cr2W8压铸模不合理氮化后落地成碎块的事例,可能是氢脆。

shuishou123

因为氢原子半径很小，很容易在钢中出入，扩散速度相对较快，而且随着温度的降低，氢气的溶解度降低，它不能像氮那样形成氮化物，当钢中氢气量道达到一定时，在显微缝隙中产生压力，并与钢中的内应力共同作用，则会很容易产生氢脆！

孤鸿踏雪

请问3#楼：
     “我们常用的参数正好适合于氮的渗入，而不利于氢，所以正常情况下氢脆就会避免，一旦参数工艺出现问题的时候也就有可能出现了氢脆，也就说明氢的渗入过多”，能否讲得具体一点？比如说：我们常用的参数是怎样适合于氮的渗入而不利于氢（的渗入）？

孤鸿踏雪

请问4#楼：按照你的观点，是否可以这样理解：与Fe原子没有亲和力的原子或亲和力较小的元素原子就不能或很难渗入钢铁材料表面？
     那么请问渗碳和渗氮在原理上有无区别？若有区别，有何区别？

孤鸿踏雪

再请问6#楼：
     “当有NO时与一定量氢会发生反应：NO +2H→【N】+H2O，反应生成的H2O作为废气排放”，这其中的NO来自何处？能否做一介绍？

风来疏竹

1# 孤鸿踏雪
直观理解：氢是最轻的元素，一般都是在气氛的最上面浮着。除非氢达到一定的量后才可能发生氢的渗入。所以这种情况下可以排除氢脆的可能。这样理解对吗？

yangxinshan

渗氮的同时也渗入氢!
渗氮件常常会产生氢脆的现象!
一般渗氮件如果只是耐磨，氢脆的现象很少发生。但对于承受压力的结构件多会发生氢脆现象，这个现象希望引起大家的注意，多年前有个零件要求耐磨但承受弯曲应力，失效的频次很高经分析认为是氢脆现象，经改为感应淬火失效的现象得以避免！

孤鸿踏雪

回风来疏竹版主（11#楼）：
     从氮和氢的原子半径上看，前者是0.80埃，而后者是0.78埃，所以前者能渗入，后者也必然能渗入。碳的原子半径为0.86埃，尚且能够渗入钢件的表面并能扩散至一定深度处。所以，这一点应该是毋庸质疑的。

横笛吹雨

1# 孤鸿踏雪

1、在这个链接（http://www.rclbbs.com/viewthread.php?tid=44197）讨论过渗碳、碳氮共渗过程中的氢的渗入问题，可供本讨论参考。但渗氮的温度条件与渗碳、碳氮共渗不同，所以还要区别对待。
2、600℃左右时氢在α-Fe中的溶解度大约1.5cm3/100g（见图），并且在渗氮过程中也有活性【H】的存在，所以在渗氮的同时应该会有氢的渗入。但是在渗后冷却时也会有一部分逸出（氢在α-Fe中的溶解度随温度降低而减小）。最终氢的存在是否会明显增加脆性呢？有没有一个氢含量的界限值？尚没有看到这方面的介绍资料。

孤鸿踏雪

这儿有一关于渗氢的资料摘要如下，以飨各位。
      气体氮化后除氢工艺的研究
                                          （商丘职业技术学院 王彦华  郑州大学 材料科学与工程学院 朱世杰等）
      在以无水氨气为供氮介质的气体氮化过程中，随着活性氮原子（［N］）的渗入，氨分解的活性氢原子    （［H］）也会渗入到金属基体内，如果大量的［H］原子聚集在工件的表层晶界上，形成分子状态（H2），根据理论计算，其压力可达几百个Mpa，可能产生氮化层沿晶界剥落现象。本文作者选用河柴公司常用的4Cr14Ni14W2Mo、18Cr12Ni4WA、38CrMoAlA等典型钢，研究了在气体氮化后的除氢工艺，并进行了系统的测氢和力学性能试验，对氮化过程中H2的形成和含氢 表层剥落的原因进行了讨论。
     实验方法：气体氮化【（510~520℃）70h】后，在一定温度下进行除氢。即气体氮化后退氮2h处理（通入少量氨气）后随炉冷却（通入少量氨气）至除氢温度，停止通入氨气而通入氮气，并在该除氢温度下保温3h，然后随炉冷却至200℃后停氮出炉，迅速将试样转移至干冰（CO2）保温瓶（或箱）内，以备测氢之用。由于氢在各种钢中的溶解度不同，在同一钢中不同温度时的溶解度亦不同，故本试验除氢处理分别选择了200℃、300℃、400℃、500℃四个不同的工艺温度。
     经试验测试：渗入金属内部的［H］原子大部分集中在表面0.05mm范围内，［H］原子在此晶界上大量集结，尤其是平直的晶界，或晶界上有夹杂物等H缺陷存在时，大量集结的H原子形成H2，随着H2含量的增加，H2压力也增大，当H2压力增大到此处金属本身的屈服强度时，便产生塑性变形，进而产生微裂纹，随着H2分子的不断析出，裂纹不断扩展，多处裂纹相互贯通后，就会产生沿晶界的氮化层剥落。在距离表面0.08mm处，H2分子的含量急剧下降，H不向心部扩散，所以选择合理的除氢工艺可以使H2含量降到最低值，从而减少或防止氮化层的脆性剥落现象。
     4Cr14Ni14W2Mo和38CrMoAlA钢分别采用400℃和500℃除氢能获得最佳的除氢效果。18Cr12Ni4WA钢除氢意义不大。
                                                             —摘自《热加工工艺》（材料热处理版）（2007，No．12）

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氮化用NH3好，还是纯氮气好，我想肯定NH3比N2快，这是否可以说明一些问题泥？

wya-8

10# 孤鸿踏雪
现场生产中瓶装氨经过干燥器后还有极少的水(H2O)通入炉内，像气体渗碳气氛中同时存在180个化学反应一样（主要的只几个），炉气中氮【N】与氧生成二氧化氮，二氧化氮与氢反应生成NO。写出上述反应的另一个目的，像气体渗碳气氛中CO一样，一定量的NO会增加渗层厚度。有错误请指正。

孤鸿踏雪

回17#楼（wya-8）：感谢回复！但氮气属惰性气体，在氮化的工艺温度下，氮气能与氧气发生反应？另外，炉内中氧又来自何处？期待你的回复和解答！

热处理超难

渗氮过程会渗入氢，氢气多了会使氮化层脆性增大。但氮化结束后的缓冷，可使渗入到氢大部分逸出。

孤鸿踏雪

希望有人能从原理、机理上讲一讲渗氮或渗硼与渗碳的区别？

热处理超难

渗氮是反应扩散，渗碳是下坡扩散。
渗氮在铁素体中扩散速度和在奥氏体扩散速度差不多，故一般可采用在铁素体组织下氮化
渗碳是利用碳在奥氏体中含量多的特点。
具体说扩散受电化学梯度的影响，是扩散的直接原因，而不是因为温度、浓度等原因，所以有上坡扩散的现象。但具体细节上，我不懂，热处理太难