关于渗氮—氮碳共渗的若干问题讨论

孤鸿踏雪

我来提一个大家平常都不太经意的问题：
     何为氮化？何为软氮化？渗氮、氮化、软氮化、氮碳共渗这四个称谓有分别吗？又有什么联系？

zhx909

渗氮是术语,氮化是渗氮的别称,一般指只渗入氮一种组分.
氮碳共渗是术语,软氮化是氮碳共渗的俗称.一般指同时渗入氮和碳两种组分.

wqc_1984

我觉得做到一个技术要求不是什么问题，关键在于，技术要求到了，性能如何才是关键！一个硬度梯度曲线可以反映几个问题，表面硬度降和心部硬度降，内氧化等问题的控制很有学问。组织的合理性等也是个问题。这值得深思。我最近做碳氮共渗，有种热油淬火，不回火，和我们用冷油淬火回火在性能上有什么区别，在组织上有什么区别，还有就是如果回火什么温度回火，多长时间合适，这都是个深思的问题。大家说呢？

霜月

需要氮化的零件都是国外来的图纸，只有白亮层厚度和表面硬度要求，没有总的氮化层厚度，采用辉光离子氮化和气体软氮化，经常遇到的问题是表面硬度达到图纸要求，白亮层却浅了甚至没有，各位是如何看待和控制白亮层的？

excellence

摘抄http://www.rclbbs.com/viewthread.php?tid=400&highlight=部分内容：化合物层深度的检测准确与否，最重要的是制样保护。应保证在制样过程中，试样不倒角，化合物层不剥落，保持完整的形貌。如果保护不好，可能造成化合物外层剥落，只残留内层一部分化合物，测得的化合物层比实际深度浅，也可能造成合物层全部剥落，看不到化合物层，误以为没有渗层。
顺便提出一个问题：如果没有化合物层表面硬度会怎样，能合格吗？

霜月

多年前，我们自己的氮化零件，没有化合物层，但表面硬度达到图纸要求，按合格处置的，使用中也未出现过质量问题。

雷锋兄弟

是啊 ，在做液体氮化的时候表面硬度达到要求，但是渗层达不到要求，深层要达到要求也就有疏松产生了，表面硬度也难达到要求，难道是选择的温度高了？怎么解决呢？

末日拯救

碳钢氮化后水冷确实能略微提高硬度，但幅度不大。一般盐浴氮化水冷较多，气体氮化水冷好像不怎么常见。

dzkyx1314

气体氮化水冷也会考虑颜色问题，一般都是缓冷，如果水冷颜色也不好看，变形可能也大。

天山雪莲

回雷锋兄弟：
     盐浴氮化有一定的局限性，它的优点就是渗速快，易行成白层，且表面外观漂亮，经研磨后，给人以“爽心悦目的”感觉。但它的缺点是：渗层深度不可能很深，原因是它的工艺时间不宜太长，时间一长，不仅工件变形大，而且疏松严重；另外，它的工艺温度也不宜太高，高了同样会导致疏松加剧！
    所以盐浴氮化的工艺时间和工艺温度对应于它氮化后的性能要求，均有一个最佳范围，它是不适合用于深层渗氮（必然长时）的！

所以因为

回杨工21帖：
何为氮化？将氮渗入钢件表面层的过程，叫氮化（也称渗氮）。
何为软氮化？在含有活性碳、氮原子的介质（气体或液体）中，于Fe—N共析温度以下（一般在530~570℃范围）进行的以渗氮为主的低温碳氮共渗，称为软氮化，又称活性氮化。碳氮共渗取代了过去的氰化。
22楼朋友对软氮化的解释也是正确的。
不妥之处请杨工指正！

孙家见

我们做的是45钢气体软氮化570度5-8h油冷，硬度HV570-650。空冷的话硬度略低，HV500-550。并且客户要求油冷的黑色。

天山雪莲

不知孙家见（32#楼）的“硬度570~650HV”使用的试验力（试验载荷）是多少？另外，能否见哈你的工艺（主要是渗剂、氨分解率）？

dzkyx1314

盐浴氮化化合物层达到了，有时渗层达不到，如果有渗层要求比较深的产品，一般的盐浴做不了，渗层达到了，白亮层就深了，表面就容易疏松，表面硬度也就低了，这个盐浴的缺点，但优点好像比缺点更明显。
  对了，各位认为盐浴氮化的氢酸根应该在哪个范围，还有这个范围与硬度的关系，大家讨论下。

孤鸿踏雪

31#楼（超版）：
     首先感谢沈版参与这个主帖的讨论！关于这个问题，我先整理上传以下资料，你先看看，我们再进行探讨，当然，也欢迎其它同道加入讨论：
     关于氮化、渗氮、碳氮共渗、氮碳共渗、软氮化的辨析
     1.《金属热处理工艺术语》（GB/T7232—1999）
     渗氮/氮化（nitriding/nitrogrn case handening）：在一定温度下与一定介质中使氮原子渗入工件表面的化学热处理；
     碳氮共渗（Carbonitiding）：在奥氏体状态下同时将碳、氮渗入工件表层，并以渗碳为主的化学热处理工艺；
     氮碳共渗/软氮化（nitrocarburizing）：工件表面同时渗入氮和碳，并以渗氮为主的化学热处理工艺。在气体介质中进行的称气体氮碳共渗，在盐浴中进行的氮碳共渗称液体氮碳共渗。
     2.雷廷权等.金属热处理工艺方法500种（北京：机械工业出版社，1998.）
     渗氮：在含有活性氮的介质中，使工件氮原子渗入工件表面渗入氮元素，以提高工件的硬度、耐磨……等化学热处理工艺，称为抗磨渗氮，简称渗氮（旧称氮化），渗氮过程在钢的相变温度以下（450~600℃）进行；
     短时渗氮：采用氮基吸热式气氛中加入氨作为气体渗氮介质，在570℃进行1~4h的短时渗氮，可以有效地提高工件的疲劳强度及耐磨性。但是，由于渗氮层较薄，不能承受较重载荷；
     纯氨渗氮：将氨气连续通入500~600℃的渗氮罐中，有一部分在工件即罐壁的触媒作用下分解，，放出活性氮原子，被工件表面吸收并渗入内部，形成渗氮层。入炉前，氨气应以硅胶、生石灰或氯化钙进行干燥，使水分小于0.2％.
     纯氨分解介质的活性氮含量高，易行成0.02~0.04mm的脆性层，因而是用于氮化后还要精磨的工件，如机床主轴……
     盐浴渗氮：在盐浴中渗氮的热处理，称为盐浴渗氮；
     低温碳氮共渗/软氮化：低温碳氮共渗（旧称软氮化）是在500~700℃的温度区间对工件表面渗入碳、氮原子的化学热处理工艺，可在气体、液体或固体介质中进行。渗层与渗氮是相近、而工艺周期较短。低温碳氮共渗渗层深度在0.50mm以下，其中外表面的化合物层为0.01~0.02mm，大部分是Fe3（C，N）及Fe4N，几乎没有脆性的Fe2N，扩散层为Fe4N和α（N）。低温碳氮共渗常用温度低于Fe—N相图中的共析点（590℃）大多为520~570℃。
     3.冶金部钢铁研究总院 孙珍宝等.合金钢手册（下）（北京：冶金工业出版社，1984.）
     渗氮/氮化：渗氮也叫氮化。通常指把已调质并加工好的零件放在含氮介质（如氨气或熔融的氰化盐）中，在500~540℃保持适当的时间，使介质分解而生成的新生氮渗入钢件表面层以增加其硬度、耐磨性和抗蚀性的化学热处理工艺；
     碳氮共渗：在含有碳氢化合物、一氧化碳、氨气的气氛中，在高于Ac1的温度下，把碳和氮同时渗入钢件表面以增加其淬火后的表面硬度、耐磨性和疲劳强度等的化学热处理工艺。
     4.樊东黎等.热处理工程师手册（第二版）（北京：机械工业出版社，2005.）
     渗氮（nitriding）：在一定温度下，于一定介质中，使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺；
     碳氮共渗：在奥氏体状态下，同时将碳、氮渗入钢件表面，并以渗碳为主的化学热处理工艺；
     氮碳共渗：在铁素体状态下，同时将氮、渗碳入钢件表面，并以渗氮为主的化学热处理工艺；
     5.安正昆.钢铁热处理（北京：机械工业出版社，1985.）
     渗氮/氮化：钢的渗氮也称氮化，是使氮渗入工件表面的化学热处理方法。渗氮可分为强化渗氮和耐蚀渗氮两类；
     碳氮共渗：碳氮共渗是将碳氮原子同时渗入工件表面的一种化学热处理工艺。最早，碳氮共渗是在含氰根的盐浴中进行的，故此，又称氰化。
     低温氮碳共渗/软氮化：低温氮碳共渗是在Fe—N共析温度以下（如530~570℃）进行的共渗工艺，以渗氮为主，同时渗入少量的碳原子。这种工艺弥补了气体渗氮的不足，因而发展很快。为了和传统的气体渗氮相区别，习惯上称这种工艺为软氮化。其实，低温氮碳共渗处理后的表面硬度，因材料成分而异，其硬度并不低。
     6.第十七届国际热处理会议选集.国外热处理（上海：上海科技出版社，1979.）
     西德 J.Wunnig.氮化工艺的进展
     长时渗氮：~500℃，＞10h的氮化；短时氮化：~570℃，＜10h的氮化。
     英国 D.H.Thomas等.低碳钢气体碳氮共渗（软氮化）的疲劳行为

所以因为

根据资料介绍，碳氮共渗按共渗温度的不同，一般分为低温（500~600℃）、中温（700~880℃）、高温（900~950℃）三种，其中，低温碳氮共渗即为目前广泛应用的软氮化；中温碳氮共渗，其目的与渗碳相似，主要是提高结构件的表面硬度，它与渗碳相比，具有更好的的耐磨和抗疲劳性能；高温碳氮共渗，以渗碳为主。因此，目前在我国则以中温气体碳氮共渗和软氮化应用的最为广泛。
习惯上所说的碳氮共渗，指的是中温气体碳氮共渗。对碳氮共渗来说，固体法和液体法已逐渐被淘汰。
我的理解是，氮碳共渗和低温碳氮共渗都是可以称为软氮化的；但是，中温碳氮共渗和高温碳氮共渗是不能称之为软氮化的。

孤鸿踏雪

回沈版：
     从我35#帖上传的几个文献资料上看，在过去的中外文献上，碳氮共渗和氮碳共渗是不加区分而混为一谈的；按照新近文献（如GB/T7232—1999、热处理工程师手册等相对权威的文献），二者均有明确定义，不是一个概念；按照新近文献的定义，软氮化就是氮碳共渗，氮化就是渗氮，也就是说软氮化不能称为氮化。
   

天山雪莲

从现有文献的定义上看：“渗氮/氮化”与“氮碳共渗/软氮化”的主要区别有以下几个关键点：
    1.从工艺时间上看，前者多用于时间大于10h的情况，而后者多用于3~5h的情况；
    2.从渗层深度看，前者的深度也应远大于后者，前者多用于层深大于0.50mm的工件；
    3.从工艺温度看，前者一般多在较低温度（如480~520°C）下进行，而后者多在570°C左右进行；
    4.从使用的渗剂及渗入元素上看，对普通气体氮化而言，前者多采用纯氨施渗，使工件表面渗入单一的氮原子，而后者则使用的渗剂以氨为主添加弱的渗碳剂，渗入元素也是以氮原子为主，同时深入少许碳原子；
    5.从应用范围上看，前者主要用于氮化专用钢（如38CrMoAlA、38CrAlA、38CrWVAl等），而后者广泛用于低碳钢、低碳低合金结构钢、中碳钢、中碳低合金结构钢、高碳钢、工具钢、模具钢等。

dzkyx1314

盐浴软氮化使用还比较多，搅拌盐有用氨气、氮气、空气的，听人说空气容易造成疏松，可是想来想去，认为空气搅拌盐的流量就不大，空气中的氧会和氰根反应，应该不会造成疏松。各位对这个有研究的讲下。

dhzhou888

我们使用的盐浴需要连续通入压缩空气（干燥而且尽量净化的空气），通气量一般为400～450L/h（以翻腾盐浴为适度）。通空气、通二氧化碳和添加少许硫化钾都可以降低氰根。具体方法已经公开发表，不再赘述。这里补充一点，当向盐浴内通适量NH3时也可以降低CN－量，提高盐浴的活性，使化合物层更致密。这似乎是气体渗氮与液体渗氮的结合。对于一些表面要求高的不锈钢零件，我们采取在密封罐中通氮气快速冷却的方法，取得了良好效果，获得了顾客的好评和某跨国企业的认可。