离子渗氮工艺

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离子渗氮的工艺规范包括选材和确定工艺参数两个部分，只有根据渗氮零件的使用性能和要求选择恰当的材质和合理的工艺参数，才能达到离子渗氮的预期效果。

第一节 离子渗氮材料

一种零件能否采用离子渗氮来进行表面强化，应根据该零件在实际使用条件下的服役状况而定。从理论上讲，几乎所有钢铁材料均可以实施离子氮化处理，但氮化后的实际使用效果确有着很大的差异。这一方面与材料的选择有关，另一方面还与该材料的前期机械加工和预先热处理有关。

目前，离子渗氮一广泛用于碳钢、合金结构钢、工模具钢、不锈钢、铸铁以及钛合金的表面强化。随着离子渗氮技术（设备及工艺）的进步，可进行离子渗氮的材料将愈来愈多。表4-1中分类列出了常用的渗氮材料。

表4-1

类 别	牌 号
碳素结构钢	08（F）、10、15、20、45、60
合金结构钢	20MnV、20SiMn2MoV、25SiMn2MoV、37 SiMn2MoV、 15MnVB、20 MnVB、40 MnVB、20Si MnVB、15Cr、20Cr、 30Cr、35Cr、40Cr、15CrMo、38CrSi、20CrMo、30 CrMo、 35 CrMo、42 CrMo、12 CrMoV、35 CrMoV、25 Cr2MoVA、 20Cr3MoWVA、38CrMoAl、20CrV、40 CrV、50 CrVA、15CrMn、20CrMn、40CrMn、20CrMnSi、25 CrMnSi、30 CrMnSi、30CrMoAl、30CrMnAl、30CrMnSiA、20CrMnMo、40 CrMnMo、20 CrMnTi 30 CrMnTi、12Cr2Ni4、20 Cr2Ni4、20CrNiMo、40CrNiMoA、 45CrNiMoVA、18Cr2Ni4WA、25 Cr2Ni4WA
不锈耐酸钢 耐热钢	1Cr17、1Cr13、2Cr13、7Cr17、1Cr18Ni9、0Cr17Ni7Al、1Cr5Mo、 1Cr13Mo、4Cr9Si2、4Cr14NI14W2Mo
合金工具钢	Cr12、Cr12MoV、Cr6WV、5CrMnMo、5CrNiMo、3Cr2W8V、 4Cr5MoSiV1、4Cr5MoSiV
高速工具钢	W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2
球墨铸铁	QT600-3、QT700-2
钛合金	TA2、TA4、TA7

第二节 离子渗氮工艺参数及其对渗层组织的影响

在离子渗氮实践中,通常进行控制的参数有六个,即气体成分、气体总压力(也称真空度)、电流、电压、渗氮温度和渗氮时间，常称为“六大工艺参数”。

一、气体组分

目前常用与离子渗氮的介质有NH3、热分解氨、N2+H2等三种，在此基础上，再加入少量乙醇或丙酮、CO2、丙烷等作为碳的来源，即可实现离子软氮化工艺。

氨气通常有液氨气化而成，因其价格低廉、来源广泛、使用方便已成为使用最广泛的离子渗氮介质。但直接使用氨气也有不少缺点。其中最主要的缺点是氮势不能控制，这是由于氨在炉内的分解率随进气量、温度和起辉面积而变化。因此直接用氨气进行离子氮化（或软氮化）都无法控制渗层组织。一般只能得到

ε+γ′相的混合化合物层（存在一定的脆性）。此外，因炉内各处气体分解情况不同，会造成工件表面电流密度不均匀而使温度不均匀。尽管如此，对大多数性能要求不太高的工件来说，NH3仍是使用最多的离子渗氮气源。

为了避免使用冷氨直接通入炉内存在的上述缺点，人们将NH3通过高温（700~900℃）热裂解后在通入炉内，收到了较满意的效果。氨气的分解率可通过调整裂解温度予以控制。

N2+H2的混合气也在生产实践中广泛应用。离子渗氮时，H2作为稀释气体加入，可以大大降低渗氮反应的活化能，氢气还起还原零件表面氧化物的作用，以获得“活性”的表面，降低了对设备漏气率的要求。与氨及热分解氨相比，可更方便地调节渗氮气氛的氮势，容易控制渗氮层的组织。在离子渗氮的负压状态下使用氢气是安全的。

炉内气氛对渗层组织结构有直接影响，研究表明：①提高混合气体中的氮浓度，易促使ε相的形成，而使γ′相减少。降低氮浓度，易形成γ′相。但氮浓度太低时，渗氮层会减薄，渗速降低。为了获得γ′相，N2和H2混合比一般采用1：9~2：8为宜。碳钢可采用2：8；渗氮钢特别是38CrMoAl宜采用1：9。②化合物层中ε相体积百分数均随着含碳气氛比例的增加而增加，当增加到某一临界值时，化合物层中开始出现Fe3C，此时ε量达最大值，若继续增大含碳气氛比例，则ε相的量逐步减少，直到ε%=0，化合物层全变为Fe3C。③化合物层中的γ′含量始终随含碳气氛比例的增加而减少，Fe3C总是随碳气氛增加而增加。④含碳气氛的临界量与被处理材料的含碳量有关。随钢中含碳量增加，其临界量降低；反映了钢中的碳参与了化合物层的形成。⑤用CO2+NH3离子软氮化时，有Fe3O4相生成。随着CO2比例的增加，ε%减少，Fe3O4%增加，而γ′%变化不大。⑥若想获得单一ε相，只有对某些钢采用离子软氮化的方法才能获得。

二、渗氮温度

渗氮温度是离子渗氮极为重要的工艺参数。温度的高低将直接影响到渗速、表面硬度、渗层厚度及相结构、工件变形等。

离子渗氮温度可根据零件材质、零件技术要求（包括渗氮层硬度、深度、心部硬度和允许的变形量）等因素综合考虑确定。生产上常用的离子渗氮温度范围为450~650℃。渗氮温度低对结构钢而言能得到较高的渗层硬度、保持较高的心部强度、减少工件变形，但渗层较浅；580℃以上温度的离子渗氮一般只用于高合金不锈钢和含钛、钒的快速氮化钢，为了提高渗速、缩短生产周期，这类材料采用较高的氮化温度，但由于其渗氮形成的合金氮化物比较稳定，不至于因温度较高而聚集长大，所以渗氮后仍保持较高的表面硬度。

研究表明，化合物层、过渡层厚度及表面硬度均随温度的变化出现各自的极大值点，对应极大值的温度随钢种不同而异。渗氮温度的不同也将改变化合物中组成相的百分比。例如：在N2和H2混合气体中离子渗氮时，对于每一种钢存在一个转折温度Tc，低于Tc时，随着温度的提高，γ′相增多，ε相减少，而高于Tc时，随着渗氮温度的提高γ′相减少，ε相增多。

三、气体总压力

离子渗氮时，气体压力影响辉光放电特性，气压高时，辉光收缩集中；气压低时，辉光漫散。离子渗氮的工作气压范围一般为100~1200Pa，生产中最常用的气压范围是300~600Pa。

短时间（如1小时）渗氮时，气压变化对化合物层相结构和厚度及总渗层深度有显著影响，存在一个极大值。但长时间渗氮时，一般认为气压对总渗层没有影响（因为总渗层深度主要由氮的扩散过程所决定），只对化合物层的相结构（改变气压于改变温度的效果相似）和厚度产生影响。

选择气压时除了考虑对渗层组织的影响外，在实际生产中最重要的是考虑工件温度均匀性。由于工件与阳极的距离不可能完全相等，改变气压会引起工件表面电流密度分布的变化，从而改变了温度分布。此外，还要防止气压不当引起工件上孔、沟槽等部位产生辉光集中。

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spinachchang

热处理还需要好好学习，工作中离不开啊，虽然搞的是机械加工，但关系太密切了