氮化处理资料整理

1、氮化处理：又名扩散渗氮或渗氮氮化处理是指一种在一定温度下一定介质中使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺。经氮化处理的制品具有优异的耐磨性、耐疲劳性、耐蚀性及耐高温的特性Ps：是一种表面热处理工艺，表面渗人氮元素，有一层很薄的化合物层（白亮层）。既 耐磨，又有一定的耐蚀性。一般情况下氮化处理是最后一道工序但要求精度高的也可以加一道精磨或超精磨工序，一般为研磨，不再进行别的切削加工。氮化的作用1、 氮化能使零件表面有更高的硬度和耐磨性。例如用38CrMoAIA钢制作的零件经氮化处理后表面的硬度可达hv=950 1200，相当于hrc=65 72,而且氮化后的高强度和高耐磨性保持到500600 &#

2、39;C,不会发生显著的改变。2、能提高抗疲劳能力。由于氮化层形成了更大的压应力，因此在交变载荷作用下，零件表现岀具有更高的疲劳极限和较低的缺口敏感性，氮化后工件的疲劳极限可提高15 35%。3、 提高工件抗腐蚀能力， 由于氮化使工件表面形成一层致密的、化学稳定性较高的£相层，在水蒸 气中及碱性溶液中具有高的抗腐蚀性，此种氮化法又简单又经济，可以代替镀锌、发蓝，以及其它化学镀层处理。此外，有些模具经过氮化，不但可以提高耐磨性和抗腐性，还能减少模具与零件的粘合现象，延 长模具的工作寿命。优点：优异的耐磨性、耐疲劳性，耐蚀性及耐高温的特性，表面改性显著，且处理前后尺寸变化小， 能保持制件

3、的精度。以提高耐磨性、抗疲劳性能为目的的渗氮通常在500570 C进行；以提高耐蚀性为目的的渗氮温度也不高于 650 C。实际应用：钻头、螺丝攻、挤压模、压铸模、鍛压机用鍛造模、螺桿、连 桿、曲轴、吸气及排气活门及齿轮凸轮等均有使用。（大概耐到什么程度）缺点：氮化的零件其氮化层一般比较浅（浅浅的一层），为0.04mm左右，再深就比较困难 < 太脆>，故一般氮化零件不能承受重载荷。适用材料：主要用于合金钢类，铸铁，碳钢，合金钢，不锈钢，钛合金。关于硬氮化和软氮化：硬氮化：又名渗氮，也称常规氮化，渗入钢表面的是单一 “氮”元素。渗入钢表面的是单一的氮元素, 在法上有气体法和离子法等。对

4、于结构零件通常选用的钢种为含铬、钼、钛、铝等合金元素的专用钢（下 有解释渗氮钢），也有在其它钢种上进行渗氮的，例如不锈钢、模具钢等。渗氮处理的温度通常在480540 C围（既要保持工件的心部的调质硬度又要使渗氮层的硬度达到要求值），处理的时间按照要求深度不同，一般为1570小时，甚至更长。渗氮的着眼点 是希望获得较深厚度（0.10.65mm,也有要求更深一些 的）具有高硬度的呈弥散状的合金氮化物层（即扩散层），对于出现外表层的化合物层（白亮层）则希望 尽可能的浅簿，甚至希望没有。软氮化：学名氮碳共渗（液体氮化），早期把联（俄罗斯）的液体法翻译为低温氰化。现在国流 行的有气体法、无（低）毒液体法

5、和离子法。渗入钢表面的元素以氮为主，同时添加了 碳。碳的加入使 表面化合物层（白亮层）的形成和性能得到某些甚至是明显的改善。这里要强调一下，和渗氮不同的地是：氮碳共渗的着眼点是希望获得一定厚度（一般为1020呵，也有要求20 口以上的，目前实验室里据称在碳素钢上曾经达到的厚度为 110呵）硬度高、脆性小、没有或很少疏松等性能优良的白亮层，至于次表 面的扩散层，按照钢种和使用要求不同虽然有时需要作某些调整，但处于次要地位了。氮碳共渗的适用广泛，几乎覆盖所有常用钢种和铸铁。以碳素钢为例，按照氮碳共渗处理的温度分为铁索体氮碳共渗(520590 C)和奥氏体氮碳共渗(600720 C)，处理的时间一般

6、为 26小时，前者获得的白亮层为铁氮化合 物，后者快冷后在铁氮化合物层的下面还有一层含氮奥氏体+马氏体层(512 pm)。为了增强和改善白亮层的性能，我国的热处理工作者还采用了在渗氮的同时又单独或组合添加硼、氧、硫、稀土等元素，做 了大量的工作，并且大都不同程度的取得看得岀来的效果。这种探索，至今兴未艾，是热处理工作者孜孜 以求的热点之一。液体氮化又名软氮化两者的比较软氮化含义不是指获得的硬度比所谓的硬氮化的硬度低，而是含有简便、省事、费用低的意思。硬氮化表面白层不可避免地出现£多相化合物层(Fe2-3N )，脆性大，所以氮化后需将此层磨削去掉软氮化表面的多相化合物白层中没有硬氮化白

7、层中高脆性的Fe2No通常白层中的Fe3N与Fe4N约占80%碳化物约占20%。该化合物白层即为抗磨层。所以软氮化必须获得一定白亮层才算合格。两者氮化的用处一般氮化应用于载荷大，接触疲劳相对要求高的工件，强调深层深度。 而软氮化的作用就是渗速快，一般用于载荷小的工件，渗层要求浅。氮化用钢简介氮化钢在氮化处理中的作用？传统的合金钢料中之铝、铬、钒及钼元素对渗氮甚有帮助。这些元素在渗氮温度中，与初生态的氮原子接触时，就生成安定的氮化物。尤其是钼元素，不仅作为生成氮化物元素，亦作为降低在渗氮温度时所 发生的脆性。其他合金钢中的元素，如镍、铜、硅、锰等，对渗氮特性并无多大的帮助。一般而言，如果 钢料中

8、含有一种或多种的氮化物生成元素，氮化后的效果比较良好。其中铝是最强的氮化物元素，含有0.851.5%铝的渗氮结果最佳。在含铬的铬钢而言，如果有足够的含量，亦可得到很好的效果。但没有含 合金的碳钢，因其生成的渗氮层很脆，容易剥落，不适合作为渗氮钢。一般常用的渗氮钢有六种如下：(1) 含铝元素的低合金钢(标准渗氮钢)(2) 含铬元素的中碳低合金钢SAE 4100，4300，5100，6100，8600，8700，9800 系。(3) 热作模具钢(含约 5%之铬) SAE H11 (SKD -61 ) H12，H13(4) 肥粒铁及麻田散铁系不锈钢SAE 400系(5) 奥斯田铁系不锈钢SAE 30

9、0系(6) 析出硬化型不锈钢17 - 4PH，17 -7PH，A -286等含铝的标准渗氮钢，在氮化后虽可得到很高的硬度及高耐磨的表层，但其硬化层亦很脆。相反的，含铬的低合金钢硬度较低，但硬化层即比较有韧性，其表面亦有相当的耐磨性及耐束心性。因此选用材料时，宜注意材料之特微，充分利用其优点，符合零件之功能。至于工具钢如H11 ( SKD61) D2 (SKD -11 )，即有高表面硬度及高心部强度。以抗磨损、抗疲劳为主的渗氮件常用含0.15 %0.45% C的合金结构钢；用量最大的是含0.25 %0.40% c的铬钼铝钢、铬钼钢、铬镍钼钢、铬镍钨钢。以抗大气、雨水、水蒸气等介质腐蚀为主的渗氮件

10、则常用低碳钢和中碳钢。模具钢、高速工具钢与不锈钢工件亦可采用渗氮作为提高耐用度的手段。表中列出部分常用渗氮钢的钢号及主要性能和用除.部分常用渗氮钢的钢号、主要性能和用途类别钢号渗氮后性能用途低碳钢08、10、15、20、A3、08AI、30抗大气与水等的腐蚀螺栓、螺母、销钉、把手中碳钢40、45、40Mrt、45Mn、耐磨、抗疲劳轴和中、轻载齿轮中碳合金钢38CrMoAIA、38Cr2MoAIA、35CrMo、35(NiMo、42CrMo、40crNiMo、30Cr3WA、50CrVA、38CrWVAlA耐磨，抗疲劳性优良，可承受 重载荷坦克、飞机、大型机床的主轴、镗杆、重载齿轮、丝杠、缸 套

11、模具钢Cr12MoV、Cr12Mo、4Cr5MoV1Si，3Cr2W8V、5CrNiMo 5CrMnMo耐磨、抗热疲劳与冲击疲劳、 型腔温度低于600 C保持高硬 度冲模、拉伸模、压铸模、挤 压模高速钢W6M05cr4V2耐磨及红硬性优良高速钢刀具不锈钢等 高合金钢1Cr13、2Cr13、1Crl8Ni9Ti、1Crl8Ni9、25Crl8Ni8W2、45Crl4Nn4W2Mo、1Crl7Nil3M02Nb、3Cr19Ni9MoWNbTi耐磨性、红硬性及高温强度优 良，600 C以下长期工作，多 种介质中耐腐蚀纺纱机走丝槽、泵轴、叶轮、 阀杆、腐蚀介质中工作的齿轮氮化处理技术流程：调质后的零件

12、，在渗氮处理前须澈底清洗乾净，兹将包括清洗的渗氮工作程序分述如下：(1 )渗氮前的零件表面清洗大部分零件，可以使用气体去油法去油后立刻渗氮。但在渗氮前之最后加工法若采用抛光、研磨、磨光 等，即可能产生阻碍渗氮的表面层，致使渗氮后，氮化层不均匀或发生弯曲等缺陷。此时宜采用下列二种 法之一去除表面层。第一种法在渗氮前首先以气体去油。然后使用氧化铝粉将表面作abrassive cleaning第二种法即将表面加以磷酸皮膜处理(phosphate coating )。(2) 渗氮炉的排除空气将被处理零件置于渗氮炉中，并将炉盖密封后即可加热，但加热至150 'C以前须作炉排除空气工作。排除炉的主

13、要功用是防止氨气分解时与空气接触而发生爆炸性气体，及防止被处理物及支架的表面氧 化。其所使用的气体即有氨气及氮气二种。排除炉空气的要领如下：(1) 被处理零件装妥后将炉盖封好，开始通无水氨气，其流量尽量可能多。(2) 将加热炉之自动温度控制设定在150 C并开始加热(注意炉温不能高於150C)。(3) 炉中之空气排除至10%以下，或排出之气体含 90%以上之NH3时，再将炉温升高至渗氮温度。(3) 氨的分解率渗氮是铺及其他合金元素与初生态的氮接触而进行，但初生态氮的产生，即因氨气与加热中的钢料接触时钢料本身成为触媒而促进氨之分解。虽然在各种分解率的氨气下，皆可渗氮，但一般皆采用1530 %的分

14、解率，并按渗氮所需厚度至少保持410小时，处理温度即保持在 520 C左右。(4) 冷却大部份的工业用渗氮炉皆具有热交换机，以期在渗氮工作完成后加以急速冷却加热炉及被处理零件。即渗氮完成后，将加热电源关闭，使炉温降低约50 C，然后将氨的流量增加一倍后开始启开热交换机。此时须注意观察接在排气管上玻璃瓶中，是否有气泡溢岀，以确认炉之正压。等候导入炉中的氨气安定后，即可 减少氨的流量至保持炉中正压为止。当炉温下降至150 C以下时，即使用前面所述之排除炉气体法，导入空气或氮气后可启开炉盖。氮化处理的分类应用最广泛的是气体渗氮，其次为离子渗氮，盐浴渗氮(不包括兼有渗碳作用的氮碳共渗)和固体渗氮用 户

15、极少。气体渗氮气体氮化系於1923年由德国AF ry所发表，气体氮化是将工件放入一个密封空间，通入氨气，加热到500-580 C保温几个小时到几十个小时。将工件置於炉，利 NH3气直接输进500550 'C的氮化炉，保持20100小时，使NH3气分解为原子 状态的(N)气与(H)气而进行渗氮处理，在使钢的表面产生耐磨、耐腐蚀之化合物层为主要目的，其厚度约为0.020.2m / m,其性质极硬Hv 10001200,又极脆，NH3之分解率视流量的大小与温度的高低 而有所改变，流量愈大则分解度愈低，流量愈小则分解率愈高，温度愈高分解率愈高，温度愈低分解率亦 愈低，NH3气在570 C时经热

16、分解如下：NH3 NFe + 2/3 H2从而炉就有大量活性氮原子，活性氮原子N被钢表面吸收，并向部扩散，从而形成了氮化层。经分解出来的N，随而扩散进入钢的表面形成。相的Fe2 - 3N气体渗氮，一般缺点为硬化层薄而氮化处理时间长气体氮化因分解 NH3进行渗氮效率低，故一般均固定选用适用於氮化之钢种，如含有Al，Cr，Mo等氮化元素，否则氮化几无法进行，一般使用有JIS SACM1新JIS SACM645及SKD61以强韧化处理又称调质因Al，Cr，Mo等皆为提高变态点温度之元素，故淬火温度高，回火温度亦较普通之构造用合金钢高， 此乃在氮化温度长时间加热之间，发生回火脆性，故预先施以调质强韧化

17、处理。NH3气体氮化，因为时间长表面粗糙，硬而较脆不易研磨，而且时间长不经济，用於塑胶射出形机的送料管及螺旋桿的氮化。團£-33-19漫氛层応底过理示育囹：一曲炉内不牺显人孰遂一氮分子向全厲表面在務一鬣孙干械金用袅喜吸阳 一冕分于在相界面上车断堆如旳戒H原干和藝原子-恬性:原子复合庄分 半*姪柑典曲尼应葩护叢层界才斷从"內揶出一表直吸弗的氮原手傷馨干a-Fe 中 了赛礙子由金用丧网向内耦扩故.井产生一底的按度分布 ®出更趙过在 “ E申的落解度后，表层幵始年成亂化物一亂化樹沿金属卷面的垂斎方向和平 存山向K先 订克匪議次滋脸丫榕角土幡 ®盘化蜃不断培原

18、一胃从浜化 料冋窑属內器矿触常用的渗氮介质有氨、氨与氮、氨与氢、氨与预先在炉外分解的氨分解气的混合气。氨在300 C以上即发生显著的分解，故上述各种气体都是氨、氮与氢的混合气。混合气在钢件表面的催化作用下分解岀活 性氮原子，吸附并渗入钢件表层。介质的渗氮能力与氨分解程度有关。气体掺氮常用设备为RJJ系列井式电炉。密封加热罐常用1Cr18Ni9Ti不锈钢制造。此种密封罐的缺点是壁对氨分解有触媒作用，使用过程中使氨分解率失去控制，影响渗氮质量。解决这一问题的法是在新罐使用前空载通入含硫气体 (H2S或S02)，或滴注CS2,于500600C保持24h，或在800860 'C空载保 温24h

19、,可使罐壁的催化作用大幅度下降。采用搪瓷渗氮罐代替不锈钢罐已进入工业实用阶段，后者色 完全消除了罐壁的催化作用。一般以提高金属的耐磨性为主要目的，因此需要获得高的表面硬度。它适用于38CrMoAI等渗氮钢。渗氮后工件表面硬度可达 HV8501200。渗氮温度低，工件畸变小，可用于精度要求高、又有耐磨要求的 零件，如镗床镗杆和主轴、磨床主轴、气缸套筒等。但由于渗氮层较薄，不适于承受重载的耐磨零件。图1示出氨分解率对38CrMoAlA钢渗氮处理(24h)后渗层深度和硬度的影响。00n20言、ttssllsM倦6 4 2O.0.O 000氮分解率广鴨氨分解率和淒氮温度对SSCrMoAIA钢渗亂层深度

20、和硬度的夥响保温24h）1 一硬度说一渗层探度480650 C之间选择。大多数钢种气体渗氮温度因钢种、渗层深度、硬度和性能指标的不同要求在 的渗氮件在520560 'C处理，保温时间主要取决于要求的渗层深度。经氮化处理的制品具有优异的耐磨性、耐疲劳性、耐蚀性及耐高温的特性，其应用围：钻头、螺丝 攻、挤压模、压铸模、鍛压机用鍛造模、螺桿、连桿、曲轴、吸气及排气活门及齿轮凸轮等均有使用。气体参氮可采用一般渗氮法（即等温渗氮）或多段（二段、三段）渗氮法。前者是在整个渗氮过程中渗氮温度和氨气分解率保持不变。温度一般在480 520C之间,氨气分解率为15 30%保温时间近80 小时。这种工艺适

21、用于渗层浅、畸变要求、硬度要求高的零件，但处理时间过长。多段渗氮是在整个渗氮过 程中按不同阶段分别采用不同温度、不同氨分解率、不同时间进行渗氮和扩散。整个渗氮时间可以缩短到近50小时，能获得较深的渗层，但这样渗氮温度较高，畸变较大。还有以抗蚀为目的的气体渗氮， 渗氮温度在 550700 C之间，保温0.53小时，氨分解率为3570%,工件表层可获得化学稳定性高的化合物层，防止工件受湿空气、过热蒸汽、气体燃烧产物等的腐蚀。正常的气体渗氮工件，表面呈银灰色。有时，由于氧化也可能呈蓝色或黄色，但一般不影响使用。以提高硬度和耐磨性的氮化通常渗氮温度为500 520 C。停留时间取决于渗氮层所需要的厚度

22、，一般以0.01mm/h计算。因此为获得0.250.65mm的厚度，所需要的时间约为 2060h。提高渗氮温度，虽 然可以加速渗氮过程，但会使氮化物聚集、粗化，从而使零件表面层的硬度降低。对于提高硬度和耐磨性的氮化，在氮化时必须采用含Mo、A、V等元素的合金钢，如 38CrMoAIA、38CrMoAA等钢。这些钢经氮很后，在氮化层中含有各种合金氮化物，如：AIN、CrN、MoN、VN等。这些氮化物具有很高的硬度和稳定性，并且均匀弥散地分布于钢中，使钢的氮化层具有很高的硬度和耐磨性。Cr还能提高钢的淬透性，使大型零件在氮化前调质时能得到均匀的机械性能。Mo还能细化晶粒，并降低钢的第二类回火脆性。

23、如果用普通碳钢，在氮化层中形成纯氮化铁，当加热到较高温度时，易于分解聚集 粗化，不能获得高硬度和高耐磨性。抗腐蚀氮化温度一般在 600 700C之间，分解率大致在 4070%围，停留时间由15分钟到4小时不等， 深度一般不超过0.05m m。对于抗腐蚀的氮化用钢，可应用任钢种，都能获得良好的效果。气体氮化在实际应用上遇到的问题：适用于钢制零件，但不能很好处理铸铁，特别不适合处理那些具有游墨的铸铁形成£相和Y相混合的化合层（Y相的含量取决于钢材的成份：钢中合金元素越少，丫'相占比例越大） 可以得到表面化合层深 12um,扩散层深达0.2mm到0.6mm导致处理零件的变形极大渗层

24、均匀性不好表面硬度值低液体氮化（又名软氮化）液体软氮化主要不同是在氮化层里之有Fe3N £相，Fe4Nr相存在而不含Fe2N E相氮化物，E相化合物硬脆在氮化处理上是不良於韧性的氮化物，液体软氮化的法是将被处理工件，先除锈，脱脂，预热后再 置於氮化坩埚，坩埚是以 TF -1为主盐剂，被加温到 560600 C处理数分至数小时，依工件所受外力 负荷大小，而决定氮化层深度，在处理中，必须在坩埚底部通入一支空气管以一定量之空气氮化盐剂分 解为CN或CNO，渗透扩散至工作表面，使工件表面最外层化合物 89% wt的N及少量的C及扩散层， 氮原子扩散入a -Fe基地中使钢件更具耐疲劳性，氮化期

25、间由於CNO之分解消耗，所以不断要在 68小时处理中化验盐剂成份，以便调整空气量或加入新的盐剂。液体软氮化处理用的材料为铁金属，氮化后的表面硬度以含有Al，Cr，Mo，Ti元素者硬度较高，而其含金量愈多而氮化深度愈浅，如炭素钢Hv 350650，不锈钢Hv 10001200，氮化钢Hv 8001100。液体软氮化适用於耐磨及耐疲劳等汽车零件，缝衣机、照相机等如气缸套处理，气门阀处理、活塞 筒处理及不易变形的模具处。采用液体软氮化的，西欧各国、美国、俄、日本、。液体氮化（优点）它是一种较新的化学热处理工艺，温度不超过570 C，处理时间短，仅 1 3h;而且不要专用钢材，试验表明：40Cr经液体

26、氮化处理比一般淬火回火后的抗磨能力提高50%;铸铁经液体氮化处理其抗磨能力提高更多。不仅如此，实践证明：经过液体氮化处理的零件，在耐疲劳性、耐 腐蚀性等面都有不同程度的提高；高速钢刀具经液体氮化处理，一般能提高使用寿命 20200% 3Cr2W8V 压铸模经液体氮化处理后，可提高使用寿命35倍。液体氮化表层硬而不脆，并且具有一定的韧性，不容易发生剥现象。但是，液体氮化也有缺点：如它的氮化表层中的氮铁化合物层厚度比较薄，仅仅只有0.01 0.02mm。国外多采用氰化盐作原料液体氮化，国已改用无毒原料液体氮化。我国无毒液体氮化的配是：尿素40% 碳酸钠30%氯化钾20%,氢氧化钾10%混合盐溶点为

27、340 'C左右）。液体氮化虽然有很多优点，但由于 溶盐反应有毒性，影响操作人员身体健康，废盐也不好处理。因此，与用越来越受到限制。（液体氮化）软氮化实质上是以渗氮为主的低温氮碳共渗，钢的氮原子渗入的同时，还有少量的碳原子渗入，其处理结果与一般气体氮化相比，渗层硬度较氮化低，脆性较小，故称为软氮化。1、 软氮化法分为：气体软氮化、液体软氮化及固体软氮化三大类。目前国生产中应用最广泛的是气体 软氮化。气体软氮化是在含有活性氮、碳原子的气氛中进行低温氮、碳共渗，常用的共渗介质有尿素、甲酰胺、氨气和三乙醇胺，它们在软氮化温度下发生热分解反应，产生活性氮、碳原子。活性氮、碳原子被工件表面吸收，

28、通过扩散渗入工件表层，从而获得以氮为主的氮碳共渗层。气体软氮化温度常用560-570 C,因该温度下氮化层硬度值最高。氮化时间常为 2-3小时，因为超过 2.5小时，随时间延长，氮化层深度增加很慢。2、软氮化层组织和软氮化特点：钢经软氮化后，表面最外层可获得几微米至几十微米的白亮层，它是由£相、Y相和含氮的渗碳体 Fe3 （ C，N）所组成，次层为的扩散层，它主要是由Y相和£相组成。软氮化具有以下特点：（1）、处理温度低，时间短，工件变形小。（2）、不受钢种限制，碳钢、低合金钢、工模具钢、不锈钢、铸铁及铁基粉未冶金材料均可进行软氮化处 理。工件经软氮化后的表面硬度与氮化工艺

29、及材料有关。3、能显著地提高工件的疲劳强度、耐磨性和耐腐蚀性。在干摩擦条件下还具有抗擦伤和抗咬合等性能。4、由于软氮化层不存在脆性 E相，故氮化层硬而具有一定的韧性，不容易剥落。因此，目前生产中软氮化巳广泛应用于模具、量具、刀具（如：高速钢刀具）等、曲轴、齿轮、气缸套、机械结构件等耐磨工件的处理常见缺陷一、硬度偏低生产实践中，工件渗氮（软氮化）后其表面硬度有时达不到工艺规定的要求，轻者可以返工，重者则造成报废。造成硬度偏低的原因是多面的：设备面：如系统漏气造成氧化；材料：如材料选择欠佳；前期热处理：如基体硬度太低，表面脱碳重等；预先处理：如进炉前的清洁式及清洁度。工艺面：如渗氮（软氮化）温度过高或过低，时间短或氮势不足等等。所以具体情况要具体分析，找准原因，解决问题。二、硬度和渗层不均匀装炉式不当；气压调节不当；温度不均；炉气流不合理。三、变形过大变形是难以杜绝的，对易变形件，采取以下措施，有利于减小变形：渗氮（软氮化）前应进行稳定化处理；渗氮（软氮化）过程中的升、降温速度应缓慢；保温阶段尽量使工件各处的温度均匀一致。对变形要求格的工件，如果工艺可，尽可能采用较低的氮化（软氮化）温度。四、处观质量差渗氮（软氮化）件岀炉后首先