中文渗氮和氮碳共渗DIN170224

1、铁素体材料的热处理第4部分：渗碳和氮碳共渗处理ics 25.200wrmebehandlung von eisenwerkstoffen verfahren der wrmebehandlung teil 4: nitrieren undnitrocarburieren本标准与目前国际标准化组织所出版的通用标准一致，标准中通篇使用逗号来表示小数点。 目录 页数前言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2、 . . . . . . . . . . . . 21 范围. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22 参考标准. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3、. . . . . . . . 23 概念. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24 方法原理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4、 . . . . . 24.1 渗氮. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24.2 氮碳共渗. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5、. . . . .25 渗氮和氮碳共渗的目的. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 6 热处理条件的识别. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37 程序. . . . . . . . . . . . . .

6、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37.1 预处理和准备. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37.2 热处理温度. . . . . . . . . . . . . . . . .

7、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47.3 渗氮. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57.4氮碳共渗. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77.5冷却/淬火. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .77.6二次处理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .78 热处理介质. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78.1渗氮媒介 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78.2氮碳共渗媒介 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88.3冷却剂和淬火剂. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11、 . . . . . . . . . . . . . . 89 渗氮和氮碳共渗. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89.1对表面结构的影响 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89.2 对硬度的影

12、响 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109.3 对形状和尺寸的影响 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11 10 热处理设备 . . . . . . . . . . . . . . . . .

13、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1110.1 总则. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1110.2渗氮和氮碳共渗设备. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

14、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1110.3 冷却和淬火装置. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1211渗氮和氮碳共渗产品的测试 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

15、 . . . . . . 1212 校正. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1213 热处理设计 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

16、 . . . 1214 热处理产品中的缺陷 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13参考文献. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 第2页 共16页 本文件通过d

17、in-sprachendienst.翻译而来，如对内容有所疑虑，应参考本文件的最初版本德语版。 前言此标准由材料技术标准委员会编制。1. 范围此标准描述了热处理渗氮法和氮碳共渗法，专门介绍了轧钢、铸钢、铸铁或钢粉压制品的热处理渗氮法和氮碳共渗法。2. 参考标准本标准包括有标注日期的参考标准和没有标注日期的参考标准，以及以前出版的其他参考标准。本标准所引用的这些规范参考标准附在本文的特定位置，这些参考标准的标题列在下文中。对于有标注日期的参考标准，在有增补版和修订版的情况下，只采用该标准中增补或修订版的标准。而对于没有注明日期的参考标准，采用参考最新的公布版本。din 6773，铁素体材料的热处

18、理热处理零件和图纸标识及涵义din 17014-3铁素体材料的热处理热处理工序的代表符号din 17022-1铁素体材料的热处理淬硬和回火din 17022-2铁素体材料的热处理热处理方法-硬化和回火的工具din 17023铁素体材料的热处理热处理工序表格定单（wba）din 17052热处理炉有关均匀温度的要求din 17211渗氮钢技术处理规范din 50133 金属材料的维氏硬度测试 hv 0,2 to hv 100din 50190-3渗氮后热处理零件的有效渗氮深度的确定din en 10052 铁素体产品的热处理术语的词汇iso 4516 : 1980 金属镀层和相关镀层 维氏 (v

19、ickers) 微硬度测试和努氏（knoop）微硬度测试iso/dis 4516 : 1999金属镀层和相关镀层 维氏微硬度测试和努氏微硬度测试3. 概念为了便于使用本标准，将热处理术语列在din en 10052中4. 方法原理 4.1 渗氮渗氮是将氮渗入到铁素体产品的表层，虽然，离子渗氮表层主要成分是氮，但在标准大气压下 ，通常的氮成分中存有氨。所以，热处理操作时的温度要低于氮铁共析体的温度，最好是在480和550之间，并且持续处理若干小时至几天。通常在完成整个处理后，将产品放在气态介质，或液体介质中冷却至室温。如果渗氮剂中含有氧，此过程就称为氮氧共渗，如果存在硫，就称其为氮硫共渗。渗氮处

20、理主要用于铁合金产品。4.2 氮碳共渗氮碳共渗是将氮和碳导入到铁产品的表层。虽然也可以使用离子体，但是多数处理介质是使用盐浴、气蒸或喷粉。此热处理操作的温度最好在570和580之间，并要持续几分钟到几个小时。在完成整个处理过程以后，将产品放在气态介质中冷却，或在液态中淬火，此过程称之为熟化。如果氮碳共渗介质中含有氧，则此过程称为氧基碳氮共渗，而如果氮碳共渗介质中含有硫，则称为硫化共渗。氮碳共渗用来处理铁合金产品和非铁合金产品。5.渗氮和氮碳共渗的目的渗氮和氮碳共渗用来增强铁制品的疲劳强度和抗腐蚀性能。渗氮主要用于合金钢，尤其用在din17211中规定的所谓渗氮钢中，其生成的坚硬表面，在增强产品

21、抗疲劳强度的同时，还具有耐磨损性，抵抗由于粘附磨粒和滚动损伤所引起的不良后果。经过氮碳共渗的产品化合物表层富含氮和碳，可降低摩擦系数，使之耐磨损和抗腐蚀。6. 热处理条件的识别按照din6773中的规定，要在图纸中标出热处理条件。所进行的渗氮或氮碳共渗工序，要使用din17023中规定的“wba”格式，或执行“热处理计划”（ wbp）中规定。使用din170143标准中表述热处理方法的符号。7. 程序7.1 预处理和准备 为确保实现满意的表面状况，应对产品进行预处理，并作好准备工作。确保残余应力不影响热处理过程，另外，为达到理想的热处理效果，应作局部热处理。 7.1.1 预处理7.1.1.1应

22、力释放 如有残余应力（加工所致），在热处理过程中会使产品变形，建议在高于处理温度30时进行应力释放。虽然，为应付任何意想不到的全部消除变化（例如：脱碳）对表层的影响，应留有足够大的余量，但是，还要通过随后的加工，来矫正任何应力释放导致的变形。 应力释放的温度应接近于材料热处理时的转换温度ac1，但又不能超过它。对产品进行淬火和回火时，为了保持强度，此时转换温度ac1应低于回火温度，这样在加热阶段就无需超过三十分钟的保温时间。应缓慢操作加热和冷却，以避免形成新的残余应力。如果再结晶会导致出现晶粒粗大的风险，那么，冷加工产品就不进行应力释放，但要正火处理。 7.1.1.2 正火 可以通过正火释放未

23、处理产品的残余应力，同时转换显微组织。如此作法可以避免关键区域的晶粒粗大。应选取钢厂的技术规范或其它标准文件中的正火参数（温度、持续时间和冷却）。7.1.1.3 淬火和回火为了得到理想强度的产品，有必要在渗氮和氮碳共渗处理前对产品进行淬火和回火。淬火和回火程序参见din17022-1中和din17022-2中的相关规程。回火温度应比渗氮和氮碳共渗温度高约30。值得注意的是，回火温度和时间影响着外形硬度。 为了确保在淬火和回火期间产品表面表层（脱碳或氧化）所发生的任何变化不会对随后的处理过程产生负面影响，应在下一步处理之前，对产品表面进行加工。可以预测经过数小时的渗氮或氮碳共渗处理后，在产品心部

24、达到的硬度和强度将取决于材料的耐回火特性。7.1.2 准备车削或切除残余物（例如，氧化层和残余的冷却润滑剂、清洁剂或防腐剂），因为它们会极大地妨碍氮的吸收，尤其在进行气态渗氮或氮碳共渗时，它们的影响更大。另外，碎屑、毛刺、铁锈、水垢和非铁金属会改变盐浴液的化学成分，从而阻碍它们的效用。因此，在进行渗氮或氮碳共渗处理之前，需要根据表面脏污程度和要求的质量等级，先对产品彻底清洁或另外处理。清洁处理后，要烘干各产品和其夹具。清洗之前，要卸除塞孔或螺纹孔中的螺栓和螺钉。出于安全考虑，内有中空密封间隔的零件不能进行渗氮或氮碳共渗处理。7.1.2.1 清洗清洁产品时，不但要将所有的表面残余物清洗掉（例如；

25、冷却润滑剂、防腐剂、水垢、铁锈、着色剂或助熔剂），而且还要将附着的碎屑、滚轧皮或铸造皮去掉。清洗的方法包括冲洗、修整（去毛刺）、浸泡和氧化等。渗碳和氮碳共渗处理7.1.2.1.1 清洗一般情况下，用加有适宜清洁剂的热水清洗产品。为确保表面完全洁净，可能需要在清洗之前进行表面水-喷丸清理或超声波清理。清洗之后，要使产品彻底凉干。因为这时把它们放入炉内，其上面的任何一点水分都会在加热过程中导致压力升高。此外，未充分干燥的产品会在进行碳氮共渗时引起盐浴中喷发的风险。7.1.2.12修边可用喷丸、化学处理或热清理等修边方法清除加工时出现的毛刺。注意，热修边工艺会使产品表面氧化，而化学工艺又致使材料与电

26、解溶液发生反应，因此，这两种工艺都会阻碍氮的吸收。在清除附着碎屑时，应对产品进行退磁处理。7.1.2.1.3 喷丸清理可用含有适宜清洁剂的干或湿两种喷丸去除毛刺、鳞皮，以及轧制、锻造或铸造表皮、着色剂和残留助熔剂。为了避免降低氮的吸收，在喷丸清理之后，应完全清除喷丸介质。7.1.2.1.4 酸洗 在渗氮之前，有必要激活合金钢制品的表面。酸洗，尤其是气体渗氮之前的酸洗，已证明特别有用。离子渗氮或离子碳氮共渗之前的溅蚀与之有类似的效果。酸洗适合清除锈蚀、轧制、锻造或铸造表皮。需要注意的是，由于酸洗残余物会引起锈蚀，因此必须完全清除它们。此外，过度酸洗会致使表层出现凹点。7.1.2.1.5 预氧化

27、已在某些情况中证明，在气体渗氮/碳氮共渗之前，局部表面的氧化很有用。这样就能用热处理的方法清洁表面，同时还能激活表面，从而提高渗氮能力。在非合金钢或低合金钢中，推荐的氧化温度为300，而高合金钢中的温度为400至500。7.1.2.2局部渗氮/碳氮共渗的准备如果产品的特定区域不需要渗氮或碳氮共渗处理，则处理方式为：-包含加工余量，之后将其去除-利用保护层（如：胶，电镀铜、镍或锡镀层）将之覆盖。如果在盐浴中进行碳氮共渗，只可使用镍镀层。-给规定区域加装保护套（如：在轴端上加装轴套），这样处理时只对离子渗氮或离子碳氮共渗体区有效。在处理过程中，未暴露区域只能经受热量变化。暴露区域和未暴露区域之间过

28、渡区的宽度取决于表面保护措施和所使用的渗氮或碳氮共渗方法。由于即使仅仅是拧紧一下氮化的螺钉或螺栓，它们也会断裂，因此，应避免螺纹经受渗氮/碳氮共渗处理。7.1.2.3 产品安排 应按下列方法安排产品处理- 所有需要处理的区域都要暴露在处理媒介中，-（在离子渗氮/碳氮共渗中）处理的密度要适合于处理参数，而且-（淬火时）所有需要淬火的区域都要均匀地暴露在淬火介质中，并且保证恰当的介质流量。大块材料不能垒放过高或摆放过密。如果需要，则使用媒介物隔栅，分别处理各产品，或者保持产品在媒介物中移动，或者使媒介物运动，以确保它们循环。产品之间应为线接触，必须避免全表面接触。除离子处理情况以外，可以忽略一般的

29、点接触影响。应按既不受自身重量变形，又不会因压在它们上面的东西而变形的包装方式包装产品。7.2 热处理温度 图1示出随时间变化而发生在设计简单的产品心部和表面的温度变化情况，这些产品或多或少都是均匀的横截面。当横截面变化很大时，每个横截面的时间-温度变化曲线也都不同。渗氮/碳氮共渗温度表面/心部预加热时间 保温时间应力消除总加热时间图1渗氮/碳氮共渗过程中热处理变化示意图在第一热循环部分阶段，产品的心部和表面温度都会有变化。该温度差与产品的截面尺寸和加热率成正比，与材料的热导率成反比。因为巨大的温差会产生残余应力，这将造成大型产品扭曲变形，使产品呈现不同的横截面，特别是那些合金钢钢，尤为变形厉

30、害。所以，应缓慢加热或分阶段加热这些产品。图2给出推荐的圆形截面产品的总加热时间。产品直径，mm-在气体中加热至600-在气体中加热至500在盐浴中加热至570图2加热时间与产品直径的函数关系7.3 渗氮进行渗氮处理的温度在450至600范围内，产品与含氮介质接触时，优先选用的温度为480到550之间。根据产品材料和处理介质中的氮含量，温度超过580时，表层将变成奥氏体。利用氨气完成气体渗氮，氨气在产品表面分解，起到催化剂的作用。产生的氮原子一部分被产品表面吸收，剩余的另一部分作为氮分子，成为炉内气氛的一部分。在内炉壁和支架上的氨气再分解，溶入产品中。方程式（1）描述了它们的反应状况，而且是两

31、倍的氨气体积。 nh3=n+3/2h2 （1）温度、气体供应率、压力和产品表面积都会影响氨、氢和氮的含量。因此，渗氮效果随气体成分（例如，通过向混合气体中添加氮或氢气改变它们）变化而变化。如同氮氧处理那样，通过添加氧或空气也能调整这些效果。 可用上述变化因素实现炉内气氛成分的特性，并达到工艺控制的目的。最简单的方法是测量炉内气氛中氨气含量，从而确定分解度。在此，可考虑选取2倍的气体体积值。 方程式（2）给出实际分解度，（按百分比计）。= （2）如果炉内加入额外的氢或氮气，则在确定分解度时，也要考虑在内。但是，氨含量和分解度还不足以描述渗氮效果的特性，为此，通常还要使用渗氮系数kn，如式3所示，

32、该系数由推导氨的分解度得出，用炉内气氛中氨的局部压力与氢的局部压力之间的比率表示。见方程（3）：由于渗氮效果的增加与kn成正比，因此，后者可用来影响给定温度和压力下渗氮层的成分和结构。借助于lehrer相位图可以完成该项工作（见图3）。 温度图3- e。lehrer中的铁-氮相位图可以取变量或常量kn值来操作渗碳处理。例如，在一个二阶段加工次序中，从高kn值开始渗碳，然后经过特定时间段后，通过调整大气成分来减少kn值。例如，可用该工序来控制化合物表层的厚度。在等离子渗碳中，以氮作为处理介质。此处，产品与阴极连接，熔炉壁与阳极连接。排空炉内压力，使之少于10mbar，然后，通过给定安培的连续性或

33、间歇性直流电使阳极与阴极之间产生势差，从而创造出电离氮分子的等离子体区，所释放出来的氮离子被产品表面所吸附。混合气体中的氮气供应量取决于氮与氢之比率。氮含量越高导致kn值越高。7.4 氮碳共渗在570-580温度范围之间进行氮碳共渗，与产品接触的介质中大多数含量为氮，其中也包含一些碳。当温度超过580时，表层可能变为奥氏体，这取决于产品材料和热处理介质的氮含量。正如渗碳一样,采用气体碳氮共渗时可测得氨含量，并确定kn值。为了获得kn值，除了知道氨含量以外，还必须知道氢含量，这是由于在添加诸如一氧化碳或二氧化碳的碳源时，气体中还存在其它成分。 氮碳共渗当量的kn值不同于气体氮化的kn，而且，在氮

34、碳共渗过程，kn值一般不变化。事实上，不能以碳的水准（如渗碳）作为计量碳供应量的函数，并控制它。反而，可采用不同碳含量的混合气体，来影响氮碳共渗的效果。碳源的数量和类型决定了化合物表层的构成。在盐浴中采用氰酸盐作为氮、碳源。等离子体氮碳共渗时，通常会添加甲烷作为碳源。7.5 冷却/淬火一旦达到理想的有效淬火深度（参照条款9.2）或化合物层厚度时，要将产品冷却至室温。经过气体等离子渗碳后，多在常态气氛中完成冷却，然而,在氮碳共渗后，需根据产品材料、热处理介质，以及所用设备来选择其他气体、油、水或盐浴作为冷却介质。为了获得优选的抗疲劳强度，有必要采用含有或无含添加剂的水或油快速冷却非合金钢产品（即

35、：淬火）。正如试验所示，氮碳共渗后，在氧化剂中淬火的产品能极大的增加其耐腐蚀性。7.6 二次处理为了优化产品材料或表面状况，经渗碳/氮碳共渗后，还要再次对其进行处理。7.6.1 熟化通过熟化氮碳共渗的非合金材料制品，可以调整氮溶解的状态，在改进产品可塑性的同时，降低其疲劳强度。正缘于此，需要将氮碳共渗产品淬火至室温，再加热至120 c至 300 c之间温度范围，随后保持该温度约1小时。在此保温时间之后，将工件以任一冷却速率再次冷却至室温。7.6.2 二次氧化试验实例显示，将在水蒸气中氧化渗氮或氮碳共渗的锻件，再放入350 c 至550 c温度范围之间的适宜气体或盐浴中，可增加化合物表层的耐腐蚀

36、性。8 热处理介质8.1 渗氮介质氨与氮气是最适宜的氮源。虽然分离氨气时会产生氮，但是，同时氮也会挥发一些，所以，当用氮气作为唯一热处理介质来源时，就必须在低于标准压力的条件下对其进行电离，从而阻断其分子转变为可被挥发掉的原子，在标准压力时，氮或惰性气体（如：75 % (v/v) n2+ 25%(v/v) h2）可以减少氨含量，降低kn值和氮供应量，而气体中氧含量会增加kn值。8.2 氮碳共渗介质8.2.1 盐浴目前，在钛或镍熔炉中只采用氰酸盐基盐浴作为氮碳共渗的介质。通过添加回热炉，可以从碳酸盐中回收氰酸盐。8.2.2 气体介质用于气体氮碳共渗的主要成分是氨，而在等离子处理工序时氮是主要成分

37、。在这两种情况下，要以一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、吸热型一氧化碳气体或放热型二氧化碳气体，以及其它适宜介质的形式来添加碳。8.3 冷却和淬火介质根据所用设备，决定选用气体或液体冷却，以及淬火介质。根据产品形状、材料制成的模式、可变塑性和要求的磨损特性来选择介质。需将产品均匀地暴露于冷却介质中，冷却的效果在很大程度上会受介质流量和温度的影响。8.3.1 液体冷却介质最常见的介质包括含有或无含添加剂的水、油或盐浴。无添加剂的水温度不得高于25，而含有添加剂的水温要达到70。需要注意的是：含有聚合物添加剂的水冷却速率要比无含添加剂的水冷却速率低。通常，在温度到达80时才选用油，而温度达到350至

38、400之间时选用盐浴。快速冷却（淬火）采用含水介质和油。8.3.2 气体冷却介质采用静止气冷或强压气冷时，可用氮或氨作为气体冷却介质。如果许可产品褪色，亦可仅采用空气冷却。气体渗氮后，通常采用氮或氨气冷却，而氮碳共渗后还可采用油冷却。虽然，通过升压或加大流量可增加气体冷却效果，但是，相对于液体冷却，其效果还是低。9 渗氮和氮碳共渗的效果 9.1 表面组织效果渗碳和氮碳共渗对以下特征有效：- 原材料合金元素、扩散元素(n or n + c)和任何存在的其他元素的浓度轮廓; 厚度、组织结构和化合物表层的相位; 扩散区域的构造和深度; 硬度和硬度轮廓; 残余应力轮廓。可用氮浓度分布轮廓来描述表层氮富

39、含量的范围（详见图4和5实例）。经过无阻碍氮吸收后，以下因素将会决定其变化曲线走势。 材料成分，特别是氮化合金元素的类型和浓度; 材料的原始状况; kn 值或氨的解离度; 渗氮/氮碳共渗温度; 渗氮/氮碳共渗工序的持续时间; 所选的冷却/淬火工序。在实际操作中，渗碳/氮碳共渗会在表面产生氮浓缩物，从而在仅仅几分钟的热处理时间内就导致氮化物形成。 距表面距离，用m表示图4： 570温度条件下，c45级钢持续气体渗氮两小时的表层化合物的浓度分布剖面图（gdoes分析）图5：570温度条件下，c45级钢持续气体氮碳共渗两小时的表层化合物的浓度分布剖面图（gdoes分析）在吸附氮的同时，也不断产生氮化

40、物，从而形成称作“化合物层”的固态层。该层的外区范围具有渗透性。图6示出在显微镜下所观测到的化合物层。图6：氮碳共渗c15级钢的化合物层紧接着该层下面的是“扩散区”，随着与表面距离的不断增加，该层的氮浓度含量都会或多或少地持续减少。在非合金钢中，起初，氮溶解于铁中，随后当产品慢慢冷却后又逐渐沉淀成氮化物。如果快速冷却，在熟化阶段就形成氮化物沉淀。而在合金钢中，所形成的氮化物包含其他元素，如：铝、铬、钒、钛、钼等。氮碳共渗使表层富含氮，并在化合物表层中含有碳。然而，扩散的碳比用渗碳或碳氮共渗处理的少，通常仅限于化合物表层。正如渗碳处理产生的那些氮化物一样，相同原理也适用于通过氮碳共渗所产生的氮浓

41、度轮廓情况。9.2 对硬度的影响材料表面渗入氮将会增加硬度。根据表层材料成分，按照小切片的微硬度来测量化合物表层的硬度，其硬度可能在1000hv范围。通过沉淀硬化可获得扩散区的硬度；铁合金沉淀物为融合其他合金元素的氮合成物，非合金钢的沉淀物为铁质氮化物。氮浓度分布轮廓决定了硬度轮廓，参照din50190-3（参照图7）的规定，可用硬度轮廓来测定有效淬硬深度（德国用nht标注）。图7：渗氮或氮碳共渗后的硬度轮廓，以及测得的有效淬硬深度，nht（图表参照din50190-3）对于渗碳合金钢，渗氮后应该只测定有效淬硬深度。而非合金钢产品在氮碳共渗后，由于其硬度较低，不必实际测量，因此只需测量化合物层

42、厚度，用于鉴定质量目的。理想硬度和硬度轮廓受到以下因素影响： 材料成分; 渗氮/氮碳共渗前的材料状况; 渗氮温度; 渗氮/氮碳共渗的持续时间; 氮供应量 。氮合金元素的分解量越大，产生的表层淬硬和表面硬度也越大，从硬度分布轮廓图可以看出表层硬度与心部硬度之间的梯度越陡，有效淬硬深度越小。渗氮/氮碳共渗的时间越长，产生的化合物层越厚，淬硬深度越深，表层淬硬和表面硬度越大。所用氮供应量和温度将影响氮浓度和硬度分布轮廓，特别是在钢材料时，低温处理时达到的硬度比高温处理时所达到的硬度高。产品的最终状况还受到加热前其初始状况的影响，尤其是调质过的产品，这是因为在淬火/回火工序中，渗氮合金元素中已受制约。

43、应选择能够达到渗氮/氮碳共渗所适用的热稳定条件（参考条款7.1.1.3）的回火温度，因为较长时间的渗氮，无法避免心部硬度的减少。为了调整硬度分布轮廓以及有效淬硬深度，可在温度范围内或略微高于渗氮/氮碳共渗温度范围内，将经过渗碳/氮碳共渗后的产品置于惰性气体或真空中进行扩散处理。例如：必要时，可以减少表面或淬硬硬度。根据渗氮温度，也可极大的改良化合物层的成分和结构。9.3 对形状和尺寸的影响由于在渗氮/氮碳共渗工序中，元素扩散进产品表面，增加了产品的体积，从而改变其尺寸。此外，还增加了表面粗糙度，并产生残余应力。这时产品不可能拥有很规则的外形，因此容易变形。由于氮扩散到两边，所以产品边缘会出现卷

44、曲现象。此外，产品在处理前有残余应力，或是没有经过充分回火，在渗氮/氮碳共渗时会出现热变形。10 热处理设备10.1 总则不应将以下信息视为理解性内容，应在不同情况下都参考制造商的操作守则。选择热处理设备时需考虑以下内容: 产品材料和材料状况; 处理温度和极限偏差; 热处理持续时间; 冷却工序; 产品尺寸和数量; 产量(如：每单位时间内所加工的工件数量); 工序控制的要求; 热处理过程中实施的步骤 (如. 淬火和老化)。10.2 渗氮和氮碳共渗用设备选择渗氮或氮碳共渗设备时应考虑以下因素: 热处理工序的步骤; 所需的熔炉加热能力; 在限定范围内维护炉内温度（注释1) (详见表1); 所用的热处

45、理介质; 产品排列布置（如：垂直状态下的悬挂、摆放、浇注和放置）以及批次规格; 熔炉的任何安全性要求。注释1）这些限定由精确的温控系统和熔炉有效体积内的温度分布状况决定。10.3 冷却和淬火用设备选用冷却和淬火设备时应考虑以下因素: 冷却进度表; 产品的尺寸和形状; 冷却介质的类型和温度; 所用介质的数量以及是否可以循环使用; 产品排列（如：垂直状态下的悬挂、摆放、浇注和放置）和批次规格;从产品中去除淬火残渣的需求。应将所有的冷却和淬火设备设计成能够循环利用介质，以便预防热量流失，并且应提供反复循环冷却系统，以确保维持时间进程（注释2）。建议能够控制淬火介质的加热温度。在相对表面积淬火量大的产

46、品或采用氧化浴淬火时，虽然建议多考虑采用较大的加工产品能力，但是，不管是油，还是盐浴淬火介质，都应至少准备6倍设备批量加工能力的需求量。若用气体作为淬火介质时，该系统设备需配备喷射阀和喷嘴，以确保整个产品批次均匀冷却。采用油淬火介质时，应配备反复水冷却的外部冷却系统，以防止两种溶液（油与水）的互相接触。利用高压空气循环达到再次盐浴冷却。注释2）还要了解淬火介质商品的说明11渗氮和氮碳共渗产品的测试测试渗氮产品有效淬硬深度的主要标准，就是化合物层的厚度和表面淬火硬度。虽然还要经常测量表面硬度，但是，却不可能从该测量参数中获得有效淬硬深度。而对于氮碳共渗产品来说，有时需测量化合物层厚度、化合物层中

47、渗透区域的厚度，必要时，还要测量有效淬硬深度。当测定有效淬硬深度和化合物层厚度时，需要拆解产品。如果不允许拆解，可将相同材料条件的产品作为参考样品。15页表2示出测试热处理产品的有效方法。如果是处理个别批次的产品，按照以下统计原则进行抽样。由产品使用者来决定试验结果是否适用测定的产品性能特性。12校正当校正渗氮或氮碳共渗产品时，应注意没有发生实际应变的渗氮层，因为即使微量变形也会导致断裂。针对此原因，建议应避免校正此类产品。虽然校正引发的残余应力会产生新的变形，但是用校正压力机来弯曲产品，可消除微量畸变。13 热处理工艺设计在渗氮或氮碳共渗工序中，产品形状和尺寸是影响应力产生的主要因素，并可导

48、致变形。图8和图9示出几乎肯定要变形的产品形状。通过选择合适的设计，可以最小化变形的可能性，并可增加产品寿命。因此需要考虑以下设计原则： 虽然产品上无盲孔，但是额外附加钻孔或凹口也会适量加大变形（参见图10和11）； 如有可能应采用对称设计 (参见图 11)； 处理时应使产品具备装卸的特征(如：起吊装置孔、螺纹孔或突耳) ； 局部处理时，要确保处理区域与非处理区域之间的过渡带不位于敏感结构区域范围内。图8-不合适的产品设计示例图9-不合适的产品设计示例a 不合适 b合适图10 合适和不合适的产品设计示例图11 合适和不合适的产品设计示例14 热处理产品中的缺陷热处理产品中的缺陷几乎不可能是由单个原因造成。除热处理工艺自身的原因之外，可能存在的原因还包括材料和产品形状、加工工艺和工作工况。表3列出一些实际应用中碰到的最普通的缺陷，它们也可能出现在渗氮/碳氮共渗工艺中。表1-熔