气体渗氮工艺1气体渗氮原理气体渗氮一般使用无水氨气或氨氢，或氨氮）作为供氮介质。整个渗氮过程可分为分解、吸收及扩散三个过程，即氨的分解、钢件表面吸收氮原子、氮原子从表面向里扩散。影响渗氮的因素很多，如温度、时间、压力、介质成分以及零件钢材成分和组织等。只有合理地控制这些因素，才能获得满意的渗氮结果。系在渗氮过程中通常可以形成以下五种相：1）a相氮在a中的间隙固溶体亦称含氮铁素体，体心立方点阵°590°C时，氮在a中的溶解度最大，~0.1%。随着温度下降，100C时=0.001%。a相在缓慢冷却过程中将析出Y'相。）相氮在Y中的间隙固溶体亦称含氮奥氏体，面心立方点阵，存在于共析温度590C以上。在650C时，氮的最大溶解度为=.8%缓冷时，在590C发生Y相共析转变，生成共析组织aY'）；如果快冷，则形成含氮的马氏体。Y'相以为基体的固溶体，氮质量分数的变化范围为5.%-6.1%。当氮质4量分数为5.9%时，成分符合，晶体结构为氮原子占据面心立方晶格的间4隙位置上。Y'相在680C以下稳定存在，680C以上转变为£相。4）£相以为基体的固溶体，=8.5/11.0%,其晶体结构为在铁原子组成的密集六方晶格的间隙位置上分布着氮原子。随着温度的降低，£相中不断析出Y'相。5疋相为斜方晶格的间隙化合物，氮原子有序地分布于它的间隙位置。=11.0%〜11.5%分子式为。温度高于490C时，g相转变为£相。渗氮通常在共析温度(590°C)以下进行。纯铁渗氮后，缓冷至室温，渗氮层组织由表及里为£-£+Y‘一YY'+a-a。如果表面氮质量分数达N到左右，则£相可能转变为g相。因£、Y'和§相抗蚀性很强，在金相显微镜下为一个白亮层，难以清晰区分。当渗氮温度超过590C时，纯铁在室温的渗氮层组织由表及里为£—£+Y'—Y'—(a+Y/)共析一a+Y'°渗氮后快速冷却，能够阻止共析转变与第二相析出。a相和£相中不析出Y'相和§相，Y'相也将发生非扩散性转变，成为含氮马氏体。此时室温组织为£—Y'—M(N)—a。碳钢与纯铁渗氮层组织大致相同。但其固溶体和化合物中均含有碳，£相为含碳的氮化物相〜(，N),a相是氮与碳在a中的固溶体。由于铁的晶格中有碳原子存在，阻碍了氮原子扩散，特别是当钢中存在片状珠光体和渗碳体时，减少了易溶解氮的铁素体量，增大了氮原子的扩散路程。所以，当渗氮工艺参数相同时随着钢的碳质量分数增加，渗氮层深度相应减小。合金钢中渗氮层的形成基本上与碳钢相同，不同点是此时的氮不仅与铁发生作用，而且与合金元素也发生作用。如果在590C以下进行渗氮，氮首先溶入a中，形成a相，当氮浓度达到a的饱和浓度后，便与氮化物形成元素发生作用。按照氮与合金元素亲和力的强弱，依次形成氮化物，最后形成铁的氮化物。继续渗氮a相转变为Y'相。再继续渗氮，Y'相转变为£相。钢中大部分合金元素都能形成氮化物，如、、、N、、M、等。由于氮化物形成元素阻碍了氮原子扩散，就减少了渗氮层深度。而M、、N等非氮化物形成元素，也会阻止钢对氮的吸收，降低氮浓度，减少渗氮层深度。合金元素对渗氮层的强化机理有两种解释：一是认为这些合金氮化物在渗氮层中呈高度弥散均匀地分布，对渗氮层起着弥散强化的作用。有人测定出M钢中的氮化物尺寸为卜50，主要分布在嵌镶块的边界上对滑移有阻碍作用，从而产生显著的强化效果。二是认为、、M等合金元素显著提高了渗氮层硬度，这是因为随着氮原子向里扩散，在渗氮层依次发生如下过程：①氮和合金元素的原子偏聚，形成所谓一区。②有a〃一N型过渡氮化物的析出，这些与母相共格的偏聚区和过渡氮化物的析出，使母相晶格产生很大的弹性畸变，由于与母相共格的偏聚区和过渡氮化物周围的弹性畸变应力场的作用，使位错运动受阻，从而使硬度急剧提高。渗氮用钢及渗氮前的热处理通过渗氮提高耐磨与抗疲劳性能的零件，一般采用为=〜的合金结构钢，如铬铝、铬钼、铬钼铝、铬镍钼、铬钼钒、铬镍钨等合金钢。以抗腐蚀为主要目的的零件可使用低碳钢、中碳钢，还有极少数用高碳钢和低合金钢。在腐蚀性较强介质中工作的零件可采用不锈钢。冷、热模具钢、高速刃具钢也采用渗氮工艺。常用渗氮钢种见表。表常用渗氮钢种类别钢号樓虬后的性能特点主娶用逢以注OS-O8AJ•io.JSt201Q1...
