软氮化概念基础

钢的氮化及碳氮共渗
钢的氮化（气体氮化）
概念：氮化是向钢的表面层渗入氮原子的过程，其目的是提高表面硬度和耐磨性，以及提高疲劳强度和抗腐蚀性。

它是利用氨气在加热时分解出活性氮原子，被钢吸收后在其表面形成氮化层，同时向心部扩散。

氮化通常利用专门设备或井式渗碳炉来进行。

适用于各种高速传动精密齿轮、机床主轴（如镗杆、磨床主轴），高速柴油机曲轴、阀门等。

氮化工件工艺路线：锻造－退火－粗加工－调质－精加工－除应力－粗磨－氮化－精磨或研磨。

由于氮化层薄，并且较脆，因此要求有较高强度的心部组织，所以要先进行调质热处理，获得回火索氏体，提高心部机械性能和氮化层质量。

钢在氮化后，不再需要进行淬火便具有很高的表面硬度大于HV850）及耐磨性。

氮化处理温度低，变形很小，它与渗碳、感应表面淬火相比，变形小得多钢的碳氮共渗：碳氮共渗是向钢的表层同时渗入碳和氮的过程，习惯上碳氮共渗又称作氰化。

目前以中温气体碳氮共渗和低温气体碳氮共渗（即气体软氮化）应用较是广。

中温气体碳氮共渗的主要目的是提高钢的硬度，耐磨性和疲劳强度，低温气体碳氮共渗以渗氮为主，其主要目的是提高钢的耐磨性和抗咬合性。

1绪论1.1 课题背景及目的近年来，随着我国汽车工业的蓬勃发展，内燃机机型和产量不断增加，随着汽车发动机高功率化所产生的排气温度上升，排气净化率标准提高以及汽车轻量化的需求，对材料耐蚀性耐磨性、抗氧化性、高温性能和热强性等提出了苛刻的要求。

汽车排气阀是发动机上重要的工作部件及易损件，其工作条件异常恶劣，要在高温、高压、腐蚀性燃气中经受频繁往复的高速运动和摩擦，冲击负荷大，因此要求有较高的高温性能、耐磨性能、耐腐蚀性能等，其工作的好坏直接影响到发动机的工作性能，故制备排气阀的材料要求也极为苛刻。

自从发动机问世以来，气阀钢的材料已经历了碳钢和低合金钢，硅铬型不锈钢，奥氏体型耐热钢等多个发展阶段。

目前，国内外使用最多的是奥氏体型耐热钢，而这种耐热钢系列中，常见的有：4Cr10Si2Mo，4Cr9Si2，5Cr21Mn9Ni2N（21–2N），5Cr21Mn9Ni4N（21–4N）等钢种。

其中21–4N钢是上世纪50年代为节镍开发的阀门用奥氏体时效钢，目前国内外用于制造汽车、摩托车发动机排气阀应用最广的钢号，它是以奥氏体为基体，以碳、氮化合物作为沉淀硬化相对散分布以获得足够的高温强度、韧性、较高的硬度、耐磨性以及在冷热交变条件下组织的稳定性和较好的抗氧化、耐腐蚀性能，在工作温度700℃下具有良好的力学性能和高温性能。

由于21–4N钢碳氮锰含量较高，其变形抗力较1Cr18Ni9Ti 高30％，室温下强度高、塑性低、脆性大，且加工硬化效应明显，热变形温度范围窄，变形抗力大，生产过程中如锻造、热轧、冷拔时易出现裂纹，导致产品成品率较低，国内一些专业化生产企业该钢种的成品率仅70％–80％，这也是当前该材料亟待解决的重要问题。

1.2 论文的总体思路及主要研究内容21–4N奥氏体热钢具有很好的耐蚀性能，它主要用来制造发动机的排气阀。

发动机的排气阀不但要求具有良好的耐蚀性能和耐热性能，而且需要良好的耐磨性能。

但21–4N奥氏体耐热钢的硬度较低、耐磨性能较差。

软氮化金相检测标准解释说明以及概述1. 引言1.1 概述软氮化金相检测标准是用于评估和判定金属材料中软氮化现象的一个重要依据。

软氮化是指在金属表面上出现的一种特殊相，主要是由碳和氮元素组成的薄层混合物。

软氮化不仅会对金属材料的性能产生影响，还可能导致零件失效或者降低使用寿命。

因此，制定和实施软氮化金相检测标准对于确保金属材料质量、提高产品可靠性具有重要意义。

1.2 文章结构本文主要分为五个部分。

引言部分（第1节）首先对研究的背景和目的进行了概述，并介绍了文章的整体结构。

其后，第2节将详细解释说明软氮化金相检测标准的定义、重要性以及制定机构及流程。

接着，在第3节中，我们将对软氮化金相检测标准进行概述，包括标准内容和要点概述、相关检测方法介绍以及结果判定标准和评价方法。

在第4节中，我们将讨论实施软氮化金相检测标准的意义和挑战，包括其对金属材料行业的影响和推动作用、可能遇到的困难与解决方案以及国际合作与标准对比分析。

最后，在第5节中我们将总结主要观点和结论，并展望进一步研究和完善软氮化金相检测标准的方向。

1.3 目的本文旨在全面解释说明软氮化金相检测标准的定义、重要性以及制定机构及流程，并概述标准内容和要点，介绍检测方法以及结果判定标准和评价方法。

同时，我们将讨论实施该标准对金属材料行业的影响和推动作用，可能遇到的困难与解决方案，以及国际合作与标准对比分析。

通过这些内容，读者可以更好地了解并掌握软氮化金相检测标准，在实践中应用该标准进行质量控制和产品改进。

此外，本文也为今后进一步研究和完善软氮化金相检测标准提供了展望和参考。

2. 软氮化金相检测标准解释说明：2.1 什么是软氮化金相检测标准：软氮化金相检测标准是指一套用于评估和检测金属材料中软氮化层质量的规范和指导性文件。

软氮化层是一种通过将金属材料暴露在含有硝酸盐或亚硝酸盐的溶液中进行处理，以增强材料表面硬度和耐磨性的表面处理技术。

该标准旨在确保软氮化层的质量符合预定的要求。

软氮化的‘白亮层’作者：hezj钢的氮碳共渗（软氮化）中，获得厚度不到一根头发粗、薄薄如纸的白亮层，隐藏着许多的秘密。

一方面在工程上获得广泛应用，也留下许多谜团。

下面仅就这个问题说说个人的一些看法。

一，白亮层的优缺点及其应用１，渗氮和铁素体氮碳共渗时，对碳素钢而言，钢表面有一层化合物层，相结构为γ，、ε、ε＋γ，三种基本形式；奥氏体氮碳共渗快冷时，临近化合物层下面还有一层含氮碳奥氏体的淬火层，相结构为M+A。

这种两种属性不同表面层，在弱酸性溶液中短时间浸蚀时抗蚀能力优于普通钢的基体组织，金相组织检查时，基体组织腐蚀出来后，仍然保持着为白色或灰白色，故称为‘白亮层’。

２，化合物白亮层，具有较高的硬度和良好的热硬性、较好的抗大气和淡水腐蚀性能和较低的摩擦系数。

含氮碳奥氏体淬火层具有中等硬度（可时效硬化）、耐磨性和耐蚀性（淬火态）都优于化合物层，其塑性也较高。

两种白亮层都有同样的问题，其内部的相结构不同，性能上而有所差别。

３，白亮层也有不足之处，单簿、脆性较大、怕酸、抗蚀性有限。

在应用上，选择有所侧重，通常按三个方面，即高耐磨性与抗疲劳性；较高抗蚀性与耐磨性；良好的滑动摩擦与减摩性。

同时要与钢牌号的选择相结合，优化组合达到工程上的不同要求。

所以，不要以为白亮层的优点是万能的，通用的，不讲条件的。

学以致用，掌握此门技术只是第一步，用好则是一种艺术。

４，化合物白亮层在通常渗氮的合金钢工件上，是否有利，要看使用条件。

对于局部承载力很大的零件，白亮层是有害的东西。

由于容易压碎而剥落，碎片将加速零件表面的磨损、划伤，使零件过早失效，还有可能散落到其他组件上造成事故。

尤其是高可靠性的精密机械，对化合物白亮层的厚度有严格的限制，甚至要求完全没有白亮层。

这时，扩散层（内氮化层）才是设计所需要的。

近代兴起的可控氮化技术，就是针对这个问题发展起来的。

可控氮化技术可以做到3～5μm以下（单相γ，），乃至无化合物层。

这是渗氮技术上的重大突破。

几种常见的热处理种类及基本概念1．正火：将钢材或钢件加热到临界点AC3或ACM以上的适当温度保持一定时间后在空气中冷却，得到珠光体类组织的热处理工艺。

2．退火annealing：将亚共析钢工件加热至AC3以上20—40度，保温一段时间后，随炉缓慢冷却（或埋在砂中或石灰中冷却）至500度以下在空气中冷却的热处理工艺3．固溶热处理：将合金加热至高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中，然后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺4．时效：合金经固溶热处理或冷塑性形变后，在室温放置或稍高于室温保持时，其性能随时间而变化的现象。

5．固溶处理：使合金中各种相充分溶解，强化固溶体并提高韧性及抗蚀性能，消除应力与软化，以便继续加工成型6．时效处理：在强化相析出的温度加热并保温，使强化相沉淀析出，得以硬化，提高强度7．淬火：将钢奥氏体化后以适当的冷却速度冷却，使工件在横截面内全部或一定的范围内发生马氏体等不稳定组织结构转变的热处理工艺8．回火：将经过淬火的工件加热到临界点AC1以下的适当温度保持一定时间，随后用符合要求的方法冷却，以获得所需要的组织和性能的热处理工艺9．钢的碳氮共渗：碳氮共渗是向钢的表层同时渗入碳和氮的过程。

习惯上碳氮共渗又称为氰化，目前以中温气体碳氮共渗和低温气体碳氮共渗（即气体软氮化）应用较为广泛。

中温气体碳氮共渗的主要目的是提高钢的硬度，耐磨性和疲劳强度。

低温气体碳氮共渗以渗氮为主，其主要目的是提高钢的耐磨性和抗咬合性。

10．调质处理quenching and tempering：一般习惯将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理。

调质处理广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。

调质处理后得到回火索氏体组织，它的机械性能均比相同硬度的正火索氏体组织为优。

它的硬度取决于高温回火温度并与钢的回火稳定性和工件截面尺寸有关，一般在HB200—350之间。

氮化知识培训1、氮化的定义是什么？氮化又叫渗氮，是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。

2、硬氮化与软氮化的区别是什么？氮化可分为硬氮化和软氮化，通常说的氮化是指硬氮化，软氮化是在硬氮化的基础上发展起来的，且越来越受到广泛的应用。

硬氮化：学名‘渗氮’，也有人称为常规氮化。

渗入钢表面的是单一的‘氮’元素，主要有气体法和离子法等方法。

软氮化：学名‘氮碳共渗’，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。

3、气体软氮化的原理是什么？整个渗氮过程分为NH3分解为得到活性氮原子，钢件表面吸收氮原子，然后氮原子从表面向里扩散这三个过程。

渗氮过程：2NH3→2[N]+3H2CO2+H2→CO+H2O CO+H2→[C]+H2OFe+2[N]→Fe2N (Fe4N,Fe2-3N)Fe-N系形成的5种相：α相氮在α-Fe中的间隙固溶体，也称含氮铁素体。

590℃时，氮在α-Fe 中的固溶度最大，氮的质量分数约为0.1%，随温度下降，α相缓慢析出γ´相。

γ相氮在γ-Fe中的间隙固溶体，也称含氮奥氏体，存在于共析温度590℃以上，缓冷时发生γ相共析转变，生成共析组织（α+γ´）；如果快冷，则形成含氮马氏体。

γ´相以Fe4-N为基体的固溶体，在680℃以下稳定存在。

在680℃以上转变为ε相。

ε相以Fe3-N为基体的固溶体，随温度降低，ε相不断析出γ´相。

ξ相分子式未Fe2-N，温度高于490℃，ξ相转变为ε相。

因此，渗氮层组织由表及里为：ε→ε+γ´→γ´→γ´+ɑ→ɑ4、氮化的基本特点（与渗碳相比较）包括哪些？（1）渗氮表面具有高的硬度和耐磨性。

（2）具有高的残余应力，故具有高的疲劳极限和低的缺口敏感性。

（3）渗氮的温度低（480-580℃），产品变形小。

（4）具有良好的抗腐蚀性能，致密的化学稳定性渗层。

硬氮化和软氮化的区别概念氮化白亮层硬氮化表面白层不可避免地出现ε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层中高脆性的Fe2N。

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。

两者氮化概念1，硬氮化:学名‘渗氮’，也有人称为常规氮化。

渗入钢表面的是单一的‘氮’元素，在方法上有气体法和离子法等。

对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，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480,540?范围(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15,70小时，甚至更长。

渗氮的着眼点是希望获得较深厚度(0.1,0.65mm,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。

2，软氮化:学名‘氮碳共渗’，早期把苏联(俄罗斯)的液体法翻译为‘低温氰化’。

现在国内流行的有气体法、无(低)毒液体法和离子法。

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，和渗氮不同的地方是:氮碳共渗的着眼点是希望获得一定厚度(一般为10,20μm，也有要求20μm以上的，目前实验室里据称在碳素钢上曾经达到的厚度为110μm)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。

氮化与软氮化在模具表面强化处理方面的应用分析孙睿;邹春华【摘要】介绍了氮化-软氮化在模具表面强化处理方面的应用概况,揭示了氮化、软氮化工艺在模具表面强化处理中的乱象.通过对不同模具的服役条件、常见失效方式和潜在失效模式的分析,对模具氮化-软氮化的分类应用进行了讨论.【期刊名称】《模具制造》【年(卷),期】2015(015)002【总页数】6页(P77-82)【关键词】模具;表面强化处理;氮化;软氮化【作者】孙睿;邹春华【作者单位】中国兵器装备集团公司重庆建设工业集团公司重庆402264;中国兵器装备集团公司重庆建设工业集团公司重庆402264【正文语种】中文【中图分类】TG1681 引言众所周知，氮化、软氮化技术作为一种模具表面强化处理手段，已广泛应用于各种不同的模具生产中，从而对提高模具使用寿命起到了积极的作用。

但是，由于该技术基本概念的混淆和滥用，使得不少企业在选择模具表面强化处理时，或无所适从，或不得要领，甚至时常陷于一种抱薪救火的尴尬之中。

明确这些基本概念的定义和内涵，是模具表面强化处理的基础。

2 化学热处理中有关氮化、软氮化等基本概念和相关概念辨析2.1 基本概念的介绍渗氮，俗称氮化。

通常指把已调质并加工好的零件放在含氮的介质（如氨气）中，在500～540℃保持适当的时间，使介质分解而生成的新生活性氮原子渗入钢件表面层，获得一定厚度的白亮层和一定深度的扩散层，以增加其硬度、耐磨性和抗蚀性的化学热处理工艺。

早期的渗氮主要是指纯氨渗氮。

目前非专业人士广泛称其为“硬氮化”，实际上是一种不规范、不严谨的称谓。

氮碳共渗。

在渗氮介质中添加适量（微量）的弱渗碳剂，使零件在渗氮的同时，渗入微量的碳（原子），这种以渗氮为主、渗碳为辅的化学热处理工艺，俗称软氮化。

值得强调的是：软氮化获得的表面硬度并不软，而且，因其在渗氮层（包括白亮层和扩散层）中渗入了微量的碳（原子），不仅提高了渗速，而且还一定程度降低了白亮层的脆性。