等离子碳氮共渗

职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库

金属材料与热处理课程

氮碳共渗工艺

主讲教师：马安博

西安航空职业技术学院职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库

金属材料与热处理课程 氮碳共渗工艺

氮碳共渗是以渗氮为主的共渗工艺。与一般气体渗氮相比，渗层硬度低，脆性小，故也称为软氮化。

早期的氮碳共渗是在液体渗氮和低温液体碳氮共渗（氰化）的基础上发展起来的，所用盐浴是剧毒的氰盐。为了提高盐浴活性而通入空气或氧气，即产生氧化过程加大氮和碳原子的活性。由于氰盐引起严重公害，又发展为加尿素为主要成分的氮碳共渗。虽然不用剧毒氰盐，但盐浴中仍有氰酸根，且使用过程中盐浴成分不稳定，因而盐浴氮碳共渗工艺的应用受到限制。

20世纪70年代以后，发展了气体氮碳共渗。美国Lpson公司发展了一种使用50％NH3＋50％吸热式气氛的气体软氮化方法，稍后Midland-Ross公司发展了一种使用20％NH3＋80％放热式气氛的气体软氮化方法，日本发展了一种利用尿素热分解气的气体软氮化法。

目前，在世界范围内，软氮化已得到广泛的应用。在国内，软氮化工艺主要是采用尿素热分解法和含碳、氮有机液体的滴入法。

一、氮碳共渗原理与工艺

软氮化温度一般为570±10C，时间为1~4h，介质则有不同的气体和液体介质。

1. 气体软氮化 所用介质有氨气与吸热式气氛的混合气体、尿素热分解气体等。

（1）使用氨气与吸热式气氛的混合气体进行气体软氮化时，氨气分解形成活性氮原子，吸热式气氛分解可提供活性碳原子。两种气体的比例为50:50、吸热式气氛的露点为0C时，能获得最佳的渗层质量。本法易实现机械化、自动化，产品质量稳定，但设备复杂，投资较高，适于批量生产。

（2）尿素热分解气体是将尿素的白色晶体粉末直接送入软氮化炉中，职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库

金属材料与热处理课程 在500C以上尿素发生分解得到活性氮、碳原子，即

渗碳：是对金属表面处理的一种，采用渗碳的多为低碳钢或低合金钢，具体方法是将工件置入具有活性渗碳介质中,加热到900--950摄氏度的单相奥氏体区,保温足够时间后,使渗碳介质中分解出的活性碳原子渗入钢件表层,从而获得表层高碳,心部仍保持原有成分. 相似的还有低温渗氮处理。这是金属材料常见的一种热处理工艺，它可以使渗过碳的工件表面获得很高的硬度，提高其耐磨程度。

渗碳是指使碳原子渗入到钢表面层的过程。也是使低碳钢的工件具有高碳钢的表面层，再经过淬火和低温回火，使工件的表面层具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持着低碳钢的韧性和塑性。

渗碳工件的材料一般为低碳钢或低碳合金钢(含碳量小于0.25%)。渗碳后﹐钢件表面的化学成分可接近高碳钢。工件渗碳后还要经过淬火﹐以得到高的表面硬度﹑高的耐磨性和疲劳强度﹐并保持心部有低碳钢淬火后的强韧性﹐使工件能承受冲击载荷。渗碳工艺广泛用于飞机﹑汽车和拖拉机等的机械零件﹐如齿轮﹑轴﹑凸轮轴等。

渗碳零件的材料 一般选用低碳钢或低碳合金钢(含碳量小於0.25%)。渗碳后必须进行淬火才能充分发挥渗碳的有利作用。工件渗碳淬火后的表层显微组织主要为高硬度的马氏体加上残余奥氏体和少量碳化物﹐心部组织为韧性好的低碳马氏体或含有非马氏体的组织﹐但应避免出现铁素体。一般渗碳层深度范围为0.8～1.2毫米﹐深度渗碳时可达2毫米或更深。表面硬度可达HRC58～63﹐心部硬度为HRC30～42。渗碳淬火后﹐工件表面产生压缩内应力﹐对提高工件的疲劳强度有利。因此渗碳被广泛用以提高零件强度﹑冲击韧性和耐磨性﹐借以延长零件的使用寿命。

按含碳介质的不同﹐渗碳可分为固体渗碳﹑液体渗碳﹑气体渗碳和碳氮共渗；

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。常见有液体渗氮、气体渗氮、离子渗氮。传统的气体渗氮是把工件放入密封容器中，通以流动的氨气并加热，保温较长时间后，氨气热分解产生活性氮原子，不断吸附到工件表面，并扩散渗入工件表层内，从而改变表层的化学成分和组织，获得优良的表面性能。如果在渗氮过程中同时渗入碳以促进氮的扩散，则称为氮碳共渗。常用的是气体渗氮和离子渗氮。

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。

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版 本 号 第 1 版

标 题 生效日期

轴承碳氮共渗技术条件 页 数 共 2 页 第 1 页

一、质量项目及要求

1、硬度：60-65HRC；

2、渗层深度：热处理后渗层深度≥0.40mm，磨工成品应留渗层深度≥0.10mm；

3、热处理表面粗大碳氮化合物深度≤0.10mm；测量方法按本技术条件典型碳氮共渗金相图片的图1执行。磨工成品磨加工面不允许有粗大碳氮化合物，非磨加工面允许粗大碳氮化合物深度≤0.10mm；

4、表面组织按本技术条件典型碳氮共渗金相图片进行评定，图1和图2合格、图3不合格。热处理后表面组织的评定以表面向内0.1mm后的视场为准；

5、其他要求暂参考执行GB/T 34891；

二、渗层深度检测方法

1、渗层深度判定以金相观察法为主，当双方出现争议时，再使用硬度梯度法进行最终判定；

2、硬度梯度判定方法：在1公斤测力下检测维氏硬度，以表面到大于心部20HV的垂直距离计算碳氮共渗层深；

三、典型碳氮共渗金相图片

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图1：碳氮共渗渗层深度、表面粗大 图2：碳氮共渗表面组织合格

深度和表面组织合格

图3：碳氮共渗表面组织不合格

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