钢的化学热处理演示文档

钢的化学热处理优选钢的化学热处理11.1化学热处理概述机械零件的失效和破坏，大多数都萌发在工件的表面层，特别在可能引起磨损、疲劳、金属腐蚀、氧化等条件下工作的零件，其表面层的性能就显得尤为重要。㈠化学热处理的概念钢的化学热处理：是将钢件置于特定的活性介质中加热保温，使一种或几种元素渗入钢件表层，从而改变钢件表层化学成分和组织，达到改进表面性能，满足技术要求的热处理过程。3经化学热处理后的钢件，实质上可以认为是一种特殊复合材料。经化学热处理后的钢件渗入了合金元素的材料原始成分的钢紧密的晶体型结合远远强于电镀等表面涂覆技术所获得的心、表部之间的结合4㈡

化学热处理的目的在表面形成高硬层在钢件表面形成减磨、抗粘结薄膜在钢件表面同时形成高硬层与抗粘或减磨薄膜提高零件的耐磨性提高零件的疲劳强度提高零件的抗蚀性提高零件的抗高温氧化性⑴

提高零件的耐磨性目的有四5在表面形成高硬层在表面形成减磨、抗粘结薄膜在表面同时形成高硬层与抗粘或减磨薄膜钢件渗碳淬火可获得高碳M硬化表层；合金钢件渗氮可获得合金氮化物的弥散硬化表层。蒸汽表面处理产生的Fe3O4薄膜有抗粘结的作用，表面硫化获得的FeS薄膜可兼有减磨与抗粘结的作用。近年来发展起来的多元共渗工艺，如氧氮共渗，硫氮共渗，碳氮硫氧硼五元共渗等。6化学热处理方法表面硬化的优势提高表面硬度时，仍能保持心部处于较好的韧性状态化学热处理同时改变钢件表层的化学成分与组织如果渗入元素选择适当能更好地解决钢件硬化与其韧性的矛盾比表面淬火硬化方法的效果更好可获得适应零件多种性能要求的表面层7渗碳、渗氮、软氮化和碳氮共渗等方法，都可使钢零件在表面强化的同时，在零件表面形成残余压应力，有效地提高零件的疲劳强度。⑵提高零件的疲劳强度钢件渗铝、渗铬、渗硅后，与氧或腐蚀介质作用形成致密、稳定的Al2O3、Cr2O3、SiO2保护膜，提高抗蚀性及高温抗氧化性。⑶提高零件的抗蚀性⑷提高零件的抗高温氧化性例如渗氮可提高零件抗大气腐蚀性能84）能获得具有特殊性能的表面层3）经济效果好2）具有较好的工艺性1）不受工件几何形状的限制钢的化学热处理具有如下特点9不受工件几何形状的限制即任何几何形状复杂的工件经过化学热处理后，均可获得沿其轮廓分布的均一的表面化学热处理层具有较好的工艺性如开裂倾向较小；处理温度范围较宽；对冷却介质的敏感性较小等等10经济效果好能获得具有特殊性能的表面层廉价的钢材经化学热处理后可获得表面性能高的工件。经化学热处理的碳钢件的表层性能不亚于同类合金钢的性能。如耐腐蚀性、耐磨性等11㈢

化学热处理的分类目前工业上广泛使用的化学热处理方法，就是在钢件表面渗入一种或多种元素，即渗入法。根据所渗入的元素，可以将化学热处理分为渗碳、渗氮、渗硫、渗硼、渗铝、渗钒、渗铬等。如果同时渗入两种以上的元素，则称之为共渗，如碳氮共渗、铬硅铝共渗等。钢中渗入的元素，可能溶入铁中形成固溶体，也可能与铁形成某种化合物，总之渗入的元素与基体金属之间具有相互作用。1213目前生产中最常用的化学热处理是渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼和渗铝等。㈣

化学热处理的基本过程渗入法化学热处理的基本过程分解吸收扩散钢件周围的介质分解，以形成渗入元素的活性原子活性原子被钢件吸收，其先决条件是活性原子能够溶解于钢件表层金属中渗入原子在基体金属中的扩散，是化学热处理得以进行和获得一定深度渗层的保证1411.2钢的渗碳渗碳：就是将钢件置于具有足够碳势的介质中加热到奥氏体状态并保温，使其表层形成一个富碳层的热处理工艺。渗碳种类最常用常用气体渗碳固体渗碳液体渗碳碳势可控生产效率高劳动条件好便于直接淬火等15渗碳用钢：为低碳钢及低碳合金钢，如20、20Cr、20CrMnTi、20CrMnMo、18Cr2Ni4W等。渗碳的目的提高零件表层的含碳量提高表层硬度，增强零件的抗磨损能力同时保持心部的良好韧性主要用于那些对表面有较高耐磨性要求、并承受较大冲击载荷的零件16气氛的主要组成物都是CO、CO2、CH4、H2和H2O等5种气体；其中CO和CH4起渗碳作用，其余的起脱碳作用。㈠渗碳原理⑴渗碳介质的分解工业气体渗碳方法的主要类型在炉中产生所需要的渗碳气氛可控气氛＋碳氢化合物气体含碳的有机液体17在渗碳炉中，与渗碳有关的最主要反应有如下四个在所供应的原料气氛组成稳定的情况下，只要控制气氛中微量的CO2、H2O、CH4或O2中的任何一个的含量，就可达到控制渗碳炉中碳势的目的.18通常，生产中多采用露点仪来控制气氛中的H2O含量；因为气氛的露点与气氛中的含水量具有很好的对应关系，即含水量越高、露点就越高；19生产中或者采用红外线仪来控制CO2的含量；20或者采用氧探头来控制气氛中O2含量。无论采用上述哪种方法，都可以达到控制渗碳炉中渗碳气氛碳势的目的。在实际生产中，渗碳时间往往比较短，必须根据气氛种类、表面碳含量要求、渗碳温度和渗碳时间等因素确定出一个在不平衡情况下的合适碳势，才能真正保证渗碳工件所需的表面含碳量；同时还需采用多参数控制法来减少碳势控制的误差。21工件表面必须清洁；炉气需要具有良好的循环：活性碳原子被吸收后，剩下的CO2、H2或H2O等脱碳气氛需要被及时排出；控制好分解和吸收两个阶段的速度，使之恰当配合：如果分解速度大于吸收速度，将在工件表面形成积碳，从而影响吸收速度。⑵碳原子的吸收要使反应生成的活性碳原子被钢件表面吸收，必须满足以下条件：22碳原子由表面向心部的扩散，是渗碳得以进行并获得一定深度渗层的条件。扩散的驱动力是工件表面与心部的碳浓度梯度。碳在铁中形成的是间隙式固溶体，其扩散系数比形成置换式固溶体的合金元素要大很多。碳在γ-Fe中的扩散系数为:可见，温度和碳浓度都影响碳的扩散系数。⑶碳原子的扩散23间隙原子的扩散服从Fick第二定律，由该定律可以有下面一个关系式：因此，此式也就成为根据渗碳温度和渗层深度来确定渗碳时间的依据。式中，d——渗碳层的深度

Ф——渗层深度因子，与渗碳温度具有一定的关系

t——扩散进行的时间24主要是通过对碳的扩散系数和渗层表面碳浓度的影响来实现的。通常地，Mn、Cr、Mo能略微增加渗层的深度，而W、Ni、Si等则减小渗层的深度。⑷

钢中合金元素对渗碳过程的影响凡是碳化物形成元素如Ti、Cr、Mo、W及含量大于1％的V、Nb等，都增加渗层表面碳浓度；凡是非碳化物形成元素如Si、Ni、Al等，都降低渗层表面碳浓度。①对表面碳浓度的影响②对渗层深度的影响25㈡渗碳工艺参数渗碳前渗碳中渗碳后除去表面油污、锈斑或其它脏物；对不需要渗碳的局部加以防护；零件在料盘内必须均匀放置。控制气氛的碳势、温度和时间，以保证技术条件规定的表面碳含量、渗层深度和较平缓的碳浓度梯度。根据炉型选取适当的热处理方式进行热处理，以获得预期的性能。26渗碳工艺参数气氛的碳势渗碳的温度渗碳的时间27从统计资料看，一般渗碳件的表面碳含量可在0.6～1.1％之间变化。⑴气氛碳势的选择与控制确定最佳表面含碳量的依据首先是获得最高的表面硬度其次是渗碳层具有最高的耐磨性和抗磨损疲劳性能与钢的成分密切相关渗碳层中具有适量的碳化物存在28渗碳零件表面碳含量低，淬火后低温回火所得到的硬度低，耐磨性差；零件表面含碳量过高，渗碳层出现大量块状或网状的碳化物，使脆性增加，易在承受冲击负荷时剥落;因此，表面层含碳量最好在0.85～1.05％范围内。29渗碳温度是渗碳工艺中最重要的一个因素，它影响着分解反应的平衡、碳的扩散、还影响着钢中的组织转变。由于奥氏体的溶碳能力较大，因此渗碳温度必须高于Ac3温度。⑵渗碳温度渗碳温度常用920～940℃，温度愈高，渗速愈快，渗层愈深。但温度过高会引起奥氏体晶粒长大，降低零件的力学性能，增加零件畸变，降低设备使用寿命。30如δ＝0.3～0.6mm，可选为880±10℃；

δ＝0.6～0.8mm，可选用900±10℃；

δ＝0.8～1.2mm或以上，选用920±10℃。通常渗碳的温度的选择视要求的渗层深度确定：有的要求深层渗碳或缩短渗碳周期，可采用1030～1050℃；但必需采用细晶粒钢、高温渗碳钢、或渗碳后再经循环热处理细化晶粒。31式中，t——时间(h)T——温度(K)对几种常用渗碳温度的层深计算公式可简化为：一般地，由于扩散缓慢，渗碳时间不需精确控制。渗层深度和渗碳温度确定后，所需的渗碳时间可根据Harris公式进行近似计算。⑶渗碳时间3233⑷工艺参数的综合选择由于各参数间相互影响较大，同时为了缩短渗碳的总时间，通常对各参数进行综合调节：升温阶段高速渗碳阶段扩散阶段预冷阶段采用低碳势在正常温度或更高温度下采用高于所需表面碳含量的碳势，时间较长在正常渗碳温度下采用与所需表面碳含量相等的碳势，时间较短使温度降到淬火温度，便于直接淬火处理。34㈢

固体渗碳和液体渗碳简介固体渗碳是将工件和固体渗碳剂装入渗碳箱中，用盖子和耐火泥封好，然后放在炉中加热至900～950℃，保温足够长时间，得到一定厚度的渗碳层。⑴固体渗碳固体渗碳剂通常是一定粒度的木炭与10%左右的碳酸盐（BaCO3或Na2CO3）的混合物。木炭提供渗碳所需要的活性碳原子，碳酸盐起催化作用。

35而加入的催渗剂在高温下会发生分解，放出的CO2与木炭发生反应生成大量的CO，CO在钢件表面分解，从而提供活性碳原子。因渗碳箱中的氧气是有限的，因此通过2C+O2→2CO来获得CO的量是有限的。

36固体渗碳的优缺点适用于各种零件，尤其是小批量生产可使用各种普通加热炉，设备费用低渗后慢冷，工件硬度低，利于切削加工不适于浅渗碳层零件生产；表面碳含量很难精确控制；渗碳后不能直接淬火；渗碳时间长，劳动条件差。优点缺点37⑵

液体渗碳液体渗碳就是在液体介质中进行的渗碳。有氰化物的盐浴无氰化物的盐浴在无氰化物的盐浴中，渗碳的反应如下：加热介质为NaCl和KCl，催渗剂为Na2CO3，供碳介质为尿素和木炭粉38由液体渗碳的以上反应可以看出：渗碳反应仍然是钢件表面的气相反应；原材料虽然无毒，但反应的结果仍然使盐浴中含有约0.5％的NaCN；盐浴还具有一定的渗氮功能。加热速度快生产效率高加热均匀便于直接淬火易腐蚀工件碳势调整幅度小且不易控制劳动条件差等等优点缺点39渗碳层的组织过共析组织(P+Fe3CⅡ)共析组织(P)过渡区亚共析组织(P+F)原始亚共析组织(F+P)上述组织显然不能满足要求。渗碳后必须进行热处理，即进行淬火和回火，对某些钢种还包括冷处理。㈣渗碳后的热处理40工件渗碳后热处理的目的提高渗层表面的强度、硬度和耐磨性消除网状渗碳体和减少残A提高心部的强度和韧性细化晶粒⑴

渗碳后的淬火41原则上：过共析层的淬火温度应低于Accm

亚共析层的淬火温度应高于Ac3渗碳零件的淬火温度选择如果Accm﹥Ac3，就很容易选择一个淬火温度来同时满足这两者的要求；如果Accm﹤Ac3，则很难两者同时兼顾，在这种情况下，要根据对零件的主要技术要求、钢件心部能否淬透、渗碳后零件的表面碳含量和所采用的淬火方法等，综合考虑而加以确定。要兼顾高碳的渗层和低碳的心部两方面的要求。42①

直接淬火法直接淬火：是指工件渗碳后，随炉降温或出炉预冷到760－860℃后，直接淬火的热处理工艺。随炉降温或出炉预冷的目的预冷的温度要根据零件的要求和钢的Ar1而定。减少淬火内应力与变形使高碳A析出一部分K，降低A中的碳浓度，从而减少淬火后残A量，获得较高的表面硬度43减少加热和冷却的次数，提高生产效率，降低能耗及生产成本，还可减少零件变形及表面的氧化和脱碳。直接淬火的优点：适用于本质细晶粒钢制作的零件，不适用于本质粗晶粒钢制作的零件。另外，如果渗碳后表面碳浓度很高，则同样不适宜于采用直接淬火，因为预冷时碳化物一般沿奥氏体晶界呈网状析出，使脆性增大。直接淬火适用范围：44②重新加热淬火工件在渗碳后冷却到A完全转变，可能转变成P或M等组织。接着重新将它加热到所希望的淬火温度，然后淬火，这种方法可以得到晶粒较细的组织。45此外，也可以在二次加热淬火中间安排一次回火，在最后淬火加热之前可以进行一些切削加工；为了避免重复加热引起太大的变形，对于形状易于变形的工件，可规定进行一次或几次预热。46二次加热淬火对于高温（980~1050℃）渗碳工件是必不可少的。因为高温渗碳后奥氏体晶粒粗大，故第一次淬火温度通常高于心部的Ac3，而第二次淬火温度在渗层的Ac1～Accm之间。经过二次淬火后，奥氏体晶粒可以得到充分细化，表层碳化物可变成粒状，残余奥氏体量减少，疲劳强度显著提高。但二次加热淬火的成本高、周期长、易脱碳变形，故极少采用。47渗碳零件在淬火后，紧接着于150～250℃之间进行回火处理。对于非合金钢，回火温度一般为150～l80℃；对于合金钢，回火温度一般为160～200℃。经过这种回火处理，可降低组织应力，并且在最外层保持有利的压应力；此外，回火改善了渗碳淬火零件的可磨削性，降低了磨削裂纹敏感性。在150～250℃之间回火，硬度的最多降低5HRC，大多降低1～3HRC。⑵

回火48⑶

冷处理目的在于减少或消除残A，从而适当提高渗碳层的硬度。冷处理既提高了生产成本，又增加了生产工序，目前除特殊渗碳工件外，一般都很少采用这道冷处理工序。49㈤渗碳层深度的测量目前渗层深度的测量方法有：化学分析法、硬度测量法和金相法等，其中硬度法是目前应用最广泛的一种标准方法。渗碳层深度是渗碳零件的主要技术要求之一。渗层深度的两种定义全渗层深度有效渗层深度渗层的表面到渗层刚到达心部时的垂直距离零件经渗碳淬火后由表面至硬度为HV550或HRC50的最远点的距离5051渗硼是使硼原子渗入工件表层以获得高硬度和高耐磨性的化学热处理工艺。氮在铁中的扩散系数可用下式表示在正常温度或更高温度下采用高于所需表面碳含量的碳势，时间较长处理周期短，仅为气体氮化的2/3～1/3；活性原子被钢件吸收，其先决条件是活性原子能够溶解于钢件表层金属中经过二次淬火后，奥氏体晶粒可以得到充分细化，表层碳化物可变成粒状，残余奥氏体量减少，疲劳强度显著提高。电解法渗硼的速率较高，渗硼温度可降低到800℃以下，但坩埚寿命短。钢中碳也会降低氮化层的深度，可能是由于由于钢中形成碳化物而阻碍了氮原子的扩散所致。碳原子由表面向心部的扩散，是渗碳得以进行并获得一定深度渗层的条件。⑷提高零件的抗高温氧化性液体渗碳就是在液体介质中进行的渗碳。㈥氮化零件的检验和常见的缺陷α：N在α-Fe的固溶体共渗介质在软氮化温度下发生热分解反应，产生的活性氮、碳原子被工件表面吸收，通过扩散渗入工件表层，从而获得以氮为主的氮碳共渗层。②α″-Fe16N2型过渡氮化物的析出等。㈥渗碳热处理的常见缺陷常见缺陷表面硬度偏低渗层深度不够或不均匀零件变形超差心部硬度过高金相组织不合格渗碳层出现内氧化52渗碳层出现内氧化53㈦渗碳后钢的机械性能⑴硬度和耐磨性钢件的表面硬度和耐磨性可显著提高。⑵冲击韧性和断裂韧性钢件的冲击韧性和断裂韧性都降低，并且表面碳含量越高、渗层越深，这两种性能降低越厉害。54⑶疲劳强度表面碳含量越高，Ms点越低，表面M的量小于表层内部M的量，在表面层得到的残余压应力越大，它可以抵消相当部分由外加负载引起的拉应力，从而提高疲劳强度；一定层深的高硬度渗碳层，可以提高抵抗微裂纹的形成和扩展，从而提高疲劳强度。钢件经渗碳后，其疲劳强度显著提高：5511.3钢的渗氮渗氮工艺又叫氮化。它是将氮渗入钢件表面，以提高其硬度、耐磨性、疲劳强度和抗蚀性的一种化学处理方法。㈠氮化的特点和分类⑴渗氮的特点渗氮件的表面硬度可高达HRC70左右，并可保持到500℃左右而不降低，而渗碳层淬火后其硬度在HRC60～62左右并在200℃以上就急剧下降。由于渗氮层硬度高，其耐磨性也较高。①高的硬度和耐磨性56由于渗氮后表面形成的氮化物薄膜，化学稳定性高而且致密。②高的疲劳强度氮化层内的残余压应力比渗碳层大，故氮化后可获得较高的疲劳强度。③渗氮件的变形很小且规律性强因为氮化后钢件不需其他任何热处理。④良好的抗咬卡性能由于氮化层的高硬度和高温硬度。⑤良好的耐腐蚀性能57例如：38CrMoAl钢制压缩机活塞杆为获得0.4～0.6mm的渗氮层深度，气体渗氮保温时间需60h左右。处理时间长生产成本高氮化层较薄（0.3～0.6mm）氮化层脆性较大氮化的主要缺点58⑵

渗氮的分类氮化普通氮化离子氮化固体氮化液体氮化气体氮化㈡Fe-N相图和纯铁氮化层的组织两个共析反应：59相图中的各个相：α：N在α-Fe的固溶体γ：N在γ-Fe的固溶体γ´：N在Fe4N的固溶体ε：N含量很宽的化合物ζ：N在Fe2N的固溶体6061㈢

气体氮化原理无水氨气；或氨气＋氢气；或氨气＋氮气；氨气的分解氮原子的吸收氮原子的扩散整个氮化过程分为三个阶段气体氮化时一般使用62⑴氨气的分解纯铁氮化时表面形成相与(NH3+H2)混合气平衡的条件63⑵氮原子的吸收活性氮原子只有一部分能立即被钢件表面吸收，而多数活性氮原子则很快相互结合成氮分子而逸出。64⑶氮原子的扩散在气体氮化时，由于气氛中的氮势很容易超过生成ε化合物所需要的氮量，因此在钢件表面极易生成一层ε化合物，此时氮原子将溶于化合物层中并不断向内扩散。65氮在铁中的扩散系数可用下式表示由于N原子半径比C原子小，因而N原子的扩散系数比C大。与渗碳类似，氮化层的深度也随时间呈抛物线关系增加。66⑷合金元素的影响和氮化强化机理氮化物形成元素和Al对氮化的影响最显著。合金元素一般都减少氮化层的深度，其中尤以Ti、Al最为显著，Cr次之。钢中碳也会降低氮化层的深度，可能是由于由于钢中形成碳化物而阻碍了氮原子的扩散所致。67合金元素对氮化层的硬度的影响更为显著。其中尤以Al、Ti最为显著，Cr、Mo次之，Ni由于不形成氮化物，对硬度几乎没有什么影响。但由于Ti在钢中将首先形成极稳定的碳化物，而对氮化层的硬度贡献很小。因此，工业用氮化钢大都含有Al、Cr、Mo，而不含Ti。68Al、Cr、Mo等合金之所以能显著提高钢的氮化层硬度，是因为氮原子在向心部扩散时，在氮化层中依次发生：①氮和合金元素的偏聚，形成所谓的G-P区；②

α″-Fe16N2型过渡氮化物的析出等。这些共格的偏聚区和过渡氮化物的析出，会引起硬度的强烈增高。上述过程与淬火－时效的过程几乎一样。69㈣氮化前的热处理氮化零件的心部性能，由氮化前的热处理决定，因此，氮化前的热处理非常重要。时效强化M相变强化氮化后不需热处理渗碳后必须淬火同时也改变心部的性能强化机理不同氮化渗碳70淬火温度：由钢的Ac3决定；淬火介质：由钢的淬透性决定；回火温度：由心部的硬度要求和对氮化层硬度的影响决定。调质处理淬火回火氮化前的热处理一般都是：调质处理一般情况下，为了保证心部组织的稳定性，避免氮化时心部性能发生变化，通常都使氮化前的回火温度比氮化温度高50℃左右。71氮化前的回火温度对氮化后的硬度梯度的影响（a）0.32C-3.0Cr-0.4Mo钢在510℃氮化60h；（b）2.10C-12.0Cr-0.7W钢在510℃氮化10h。一般地，回火温度低，不仅心部硬度高，且氮化层硬度也较高，因而有效渗层的深度也会有所提高。72㈤气体氮化工艺氮化温度影响着氮化层的深度和硬度；氮化时间则主要影响层深。正确制订氮化工艺，关键在于选择好三个参数：⑴氮化温度和时间的选择氮化温度氮化时间气氛氮势7360h7475氮化前零件的回火温度，使氮化温度低于回火温度50℃左右；氮化层深的要求，氮化层要求较深，氮化温度应高一些；金相组织的要求，氮化温度越高，越容易出现白层(γ´-Fe2N1-x+ε-Fe4N)和网状氮化物。氮化温度的选择：主要根据对零件表面硬度的要求而定，要求硬度高者，氮化温度应适当降低。在此前提下，还要考虑：氮化时间的选择：主要依据氮化的层深而定。76也可以采取525℃+540℃的两段氮化法，还可以采用低温-高温-低温、或低温-高温-高温等工艺。为了加快氮化速度并保证硬度要求，目前已经发展了各种分阶段氮化方法。例如：常用的氮化钢38CrMoAlA制成的气缸筒，要求渗层深0.5～0.8mm、硬度HRA≥80时，可采用以下工艺:第一阶段：低温(510±5℃、50h)高氮势，加大扩散驱动力；第二阶段：高温(550±5℃、50h)低氮势，加快扩散和调整表面氮含量。77对于不锈钢等高合金钢的氮化，由于N原子在这类钢中的扩散比较困难，往往不容易得到较深的渗层，因此，一般都采用较高的氮化温度（550～560℃），以提高氮化速度。⑵气氛氮势的选择氮化气氛氮势控制方法传统的不控制氮势而控制氨气的分解率利用红外线氮气分析仪，对排放气体中的NH3量进行分析而控制气氛氮势78㈥氮化零件的检验和常见的缺陷表面硬度的检验：氮化层一般较薄，要注意载荷的选择以防止压穿，通常选用HV10(kg)或表面洛氏硬度HRN15(Kg)。如果表面硬度偏低，可能是表面氮浓度不足或渗前处理的回火温度过高所致。表面硬度渗层深度心部硬度金相组织变形量等对氮化零件的技术要求包括表面硬度79渗层深度的检验：仍然以硬度法最为精准。有效渗层深度：有的以硬度HRC50（HV550）的层深为准，有的以HV400为界。渗层深度心部硬度心部硬度的检验：硬度法。心部硬度超差，则往往是回火温度选取不当所致。80产生金相组织不合格的原因：主要是气氛氮势过高、氮化温度过高、氮化前处理时发生表面脱碳或晶粒细化不够等。金相组织氮化层的正常金相组织表层内部心部无白层或白层很薄无网状、针状和鱼骨状氮化物，波纹状氮化物层不厚，晶粒不粗大不允许有自由F存在81与气体氮化相比，离子氮化具有以下优点：处理周期短，仅为气体氮化的2/3～1/3；可节约电能和氨气的消耗；零件的表面不易形成连续的白色脆性层；变形小，特别适合于形状复杂的精密零件；易于实现局部氮化和均匀氮化；适用于各种材料；不产生污染，劳动条件有所改善。㈦

离子氮化离子氮化又称为辉光放电氮化或等离子氮化。⑴离子氮化的特点82设备复杂且投资大；准确测定零件温度困难；对于大型炉、各类零件混合装炉时难以保证各处温度的一致性。⑵离子氮化的原理离子氮化是利用辉光放电这一物理现象对金属材料表面强化的氮化法。离子氮化的缺点：83合金钢件渗氮可获得合金氮化物的弥散硬化表层。加热介质为NaCl和KCl，催渗剂为Na2CO3，供碳介质为尿素和木炭粉对几种常用渗碳温度的层深计算公式可简化为：如果Accm﹥Ac3，就很容易选择一个淬火温度来同时满足这两者的要求；如耐腐蚀性、耐磨性等因为高温渗碳后奥氏体晶粒粗大，故第一次淬火温度通常高于心部的Ac3，而第二次淬火温度在渗层的Ac1～Accm之间。氮化前的热处理一般都是：调质处理实质上是以渗氮为主的低温氮碳共渗，钢在氮原子渗入的同时，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。实质上是以渗氮为主的低温氮碳共渗，钢在氮原子渗入的同时，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对表面碳浓度的影响减少加热和冷却的次数，提高生产效率，降低能耗及生产成本，还可减少零件变形及表面的氧化和脱碳。使高碳A析出一部分K，降低A中的碳浓度，从而减少淬火后残A量，获得较高的表面硬度以具有腐蚀性的三氯化硼或剧毒的乙硼烷为渗剂，渗剂昂贵，故尚未用于生产。此外，也可以在二次加热淬火中间安排一次回火，在最后淬火加热之前可以进行一些切削加工；与此同时，部分离子引起阴极溅射，从工件表面溅射出电子和原子，溅出的Fe原子和N原子相结合形成FeN，FeN由于受到高温和离子轰击而很快地分解为低价氮化物而放出氮。在低压的氮气或氨气等气氛中，作为阳极的炉体和作为阴极的被处理工件之间加以直流电压，使气体产生辉光放电。氮化炉气体中的正离子向阴极移动，当接近工件表面时，由于工件表面数毫米处的急剧电压降而被强烈加速，正离子轰击工件表面，离子具有的动能转变为热能而加热被处理工件，同时一部分离子直接注入工件表面；84与此同时，部分离子引起阴极溅射，从工件表面溅射出电子和原子，溅出的Fe原子和N原子相结合形成FeN，FeN由于受到高温和离子轰击而很快地分解为低价氮化物而放出氮。一部分失去氮的Fe又被溅射到辉光等离子气体中与新的N原子结合，促进氮化。氮化炉85a－辉光点燃电压bc－正常辉光放电区cd－异常辉光放电区de－弧光放电区86⑶离子氮化工艺装炉时要注意热电偶的合理分布离子氮化前的准备工作装炉时，零件间隔必须足够大且均匀，装载过密往往会引起温度过高对局部氮化的零件，可在不需要氮化的地方用外罩或塞子屏蔽，以免在该处引起辉光零件氮化前必须经过彻底清洗，以免因油污、锈斑、挥发物等而引起电弧，损伤工件87在选择工艺参数时主要是确定温度、时间和气氛，然后改变或调节电参数和气压来满足温度等要求。电参数热参数气参数离子氮化的工艺参数电流电压温度时间气体成分气压流量88气氛：国内多用纯氨，而国外多用分解氨，炉内气体压力在工作温度下一般维持在266.6～999.75Pa之间。氮化温度是最主要的参数氮化钢：其它合金结构钢：其它高合金钢：不耐热锈钢：氮化时间：由氮化层深确定。520～540℃480～520℃480～540℃550～580℃89由于软氮化层不存在脆性ξ相，故氮化层硬而具有一定的韧性，不容易剥落。在正常温度或更高温度下采用高于所需表面碳含量的碳势，时间较长6mm的渗氮层深度，气体渗氮保温时间需60h左右。例如：38CrMoAl钢制压缩机活塞杆为获得0.由于各参数间相互影响较大，同时为了缩短渗碳的总时间，通常对各参数进行综合调节：盐浴还具有一定的渗氮功能。加热介质为NaCl和KCl，催渗剂为Na2CO3，供碳介质为尿素和木炭粉在正常温度或更高温度下采用高于所需表面碳含量的碳势，时间较长⑷提高零件的抗高温氧化性合金元素对氮化层的硬度的影响更为显著。如果同时渗入两种以上的元素，则称之为共渗，如碳氮共渗、铬硅铝共渗等。为了避免重复加热引起太大的变形，对于形状易于变形的工件，可规定进行一次或几次预热。钢中碳也会降低氮化层的深度，可能是由于由于钢中形成碳化物而阻碍了氮原子的扩散所致。渗层深度和渗碳温度确定后，所需的渗碳时间可根据Harris公式进行近似计算。实质上是以渗氮为主的低温氮碳共渗，钢在氮原子渗入的同时，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。㈧软氮化气体软氮化液体软氮化固体软氮化软氮化90目前国内应用最广泛的是气体软氮化，它是在含有活性氮、碳原子的气氛中进行的低温氮碳共渗。尿素甲酰胺氨气三乙醇胺常用共渗介质共渗介质在软氮化温度下发生热分解反应，产生的活性氮、碳原子被工件表面吸收，通过扩散渗入工件表层，从而获得以氮为主的氮碳共渗层。91钢经软氮化后，最外层可获得几微米至几十微米的白亮层，它由ε-Fe(C,N)相、γ′-Fe4N相和含氮的渗碳体Fe3(C，N)所组成；次层为的扩散层，主要由γ′相和ε相组成。常为2～3小时，因为超过2.5小时后随时间延长，氮化层深