下载文档原格式
渗氮渗碳碳氮共渗碳氮共渗是一种常见的表面处理技术，通过渗碳和渗氮来改善材料的硬度和耐磨性。
本文将对渗氮、渗碳和碳氮共渗的原理、应用和工艺进行详细介绍。
一、渗氮渗氮是将氮原子渗入材料表面形成氮化物层的过程。
氮原子通过高温处理和氮气氛的作用，渗透到材料表面并与材料中的元素反应，形成硬质氮化物层。
这一薄层氮化物层不仅能提高材料的硬度和抗磨损性能，还能改善材料的耐腐蚀性。
渗氮的主要应用领域包括机械制造、汽车工业、航空航天等。
在机械制造中，渗氮可以增加零件的硬度和耐磨性，延长使用寿命；在汽车工业中，渗氮可以提高引擎零件的耐磨性和抗腐蚀性能；在航空航天领域，渗氮可以增强航空发动机部件的耐高温和耐磨性能。
渗氮的工艺流程一般包括清洗件表面、装配件和炉内预处理、渗氮和回火处理等步骤。
渗氮一般采用封闭式和开放式两种方式进行，根据具体应用需求可以选择合适的渗氮工艺。
二、渗碳渗碳是将碳原子渗入材料表面形成碳化物层的过程。
碳原子通过高温处理和含有碳气体的氛围，渗透到材料表面并在表面与材料中的元素反应，形成硬质碳化物层。
渗碳技术不仅能提升材料的硬度和耐磨性，还可以改善材料的断裂韧性和抗腐蚀性。
渗碳广泛应用于机械零件、钢铁制品等领域。
渗碳后的材料表面硬度高、耐磨性好，适用于制作耐磨零件，如轴承、齿轮等；同时碳化层的外表面与空气隔绝，降低了材料的腐蚀速率，提高了零件的使用寿命。
渗碳的工艺流程包括预处理、渗碳、淬火和回火等。
渗碳一般采用气体渗碳和液体渗碳两种方式进行，具体工艺参数可以根据材料的要求进行选择。
三、碳氮共渗碳氮共渗是将碳原子和氮原子同时渗入材料表面形成碳氮共渗层的过程。
碳氮共渗通过碳氮共渗剂和高温处理，使碳原子和氮原子分别与材料中的元素发生反应，形成硬质碳氮化物层。
碳氮共渗能够同时获得渗碳和渗氮的特性，提高材料的硬度、耐磨性和抗腐蚀性。
碳氮共渗广泛应用于汽车工业、航空航天等领域。
在汽车工业中，碳氮共渗可以提高零部件的硬度和耐磨性，同时还可以提高零部件的抗磨损能力和抗腐蚀性；在航空航天领域，碳氮共渗可以增强发动机部件的抗高温性能和抗腐蚀能力。
碳氮共渗质量缺陷1 渗层不均：产生原因：炉温不均，工件表面局部有炭黑或结焦。
排气不充分，工件表面不清洁，气体炉内循环不畅。
危害：表面硬度低，性能不均匀，工件淬回火易变形和开裂。
防止办法：补渗2 渗层过浅：产生原因：炉温偏低，共渗时间不足。
渗剂供给量不足，炉气碳势低及排气不畅。
危害：硬度、强度、抗疲劳性下降。
防止办法：补渗3网状或堆积状碳化物：产生原因：炉气碳势过高，或预冷温度过低。
危害：表面应力大，脆性大，易开裂。
防止办法：减少渗剂供给量，延长扩散时间和提高预冷温度。
4渗层残余奥氏体过多：产生原因：炉气碳势过高，预冷温度高。
危害：降低表面硬度易变形和开裂。
防止办法：减少渗剂供给量，延长扩散时间和降低预冷温度。
重新加热淬火或深冷处理。
5 心部铁素体过多：产生原因：预冷温度过低，或一次淬火加热温度远低于心部的临界点。
危害：心部硬度不够，强度降低，使心部不能支持受力大的表面。
防止办法：提高预冷和淬火温度。
6 黑色组织：钢中的合金元素发生内氧化，而导致淬透性下降，且氧化物质点又可作为相变的核心，使过冷奥氏体不稳定而发生分解生成黑色组织屈氏体、贝氏体等。
危害：降低表面的硬度、耐磨性和疲劳强度。
防止办法：减少炉内氧化性气氛（O2、CO2、H2O）改善炉子的密封性，排气充分，提高淬火冷却速度，采用对内氧化敏感度小的钢（如含Mo、W、Ni的钢）喷丸处理。
7 黑色孔洞：（只在碳氮共渗和氮碳共渗中出现）产生原因：氮介质的供给量较高，共渗温度过低。
危害：降低表面硬度和耐磨性防止办法：控制共渗层的氮含量，使其小于0.5%.8 畸变：产生原因：热应力。
变形随表面碳氮浓度的增加和渗层深度的增加而变严重。
危害：增加校正工序，畸变严重时，工件报废。
防止办法：装料方法要合理。
所用的渗碳吊具、料盘的形状、结构等应避免工件因加热和冷却不均而引起畸变；重新加热淬火的渗碳件应降低淬火加热温度；采用热油淬火；金属锻造流线要与渗碳工件外轮廓相似，严格控制正火后的带状组织和魏氏组织；采用压床淬火（大型盘状齿轮和齿圈）.9 屈氏体网：产生原因：合金元素内氧化导致合金元素贫化，而降低淬透性；碳氮共渗时形成的碳氮化物降低了奥氏体中的碳氮含量，使奥氏体的稳定性降低，易形成屈氏体；碳氮化物和氧化物起到了非自发形核的作用，加速了奥氏体的分解；共渗温度偏低（低于钢材的A C3），炉气不足或活性差；某些淬透性低的钢会出现屈氏体。
渗碳渗氮、氮碳共渗标准通俗地说，不锈钢就是不容易生锈的钢，实际上一部分不锈钢，既有不锈性，又有耐酸性（耐蚀性）。
不锈钢的不锈性和耐蚀性是由于其表面上富铬氧化膜（钝化膜）的形成。
这种不锈性和耐蚀性是相对的。
试验表明，钢在大气、水等弱介质中和硝酸等氧化性介质中，其耐蚀性随钢中铬含水量的增加而提高，当铬含量达到一定的百分比时，钢的耐蚀性发生突变，即从易生锈到不易生锈，从不耐蚀到耐腐蚀。
不锈钢的分类方法很多。
按室温下的组织结构分类，有马氏体型、奥氏体型、铁素体和双相不锈钢；按主要化学成分分类，基本上可分为铬不锈钢和铬镍不锈钢两大系统；按用途分则有耐硝酸不锈钢、耐硫酸不锈钢、耐海水不锈钢等等，按耐蚀类型分可分为耐点蚀不锈钢、耐应力腐蚀不锈钢、耐晶间腐蚀不锈钢等；按功能特点分类又可分为无磁不锈钢、易切削不锈钢、低温不锈钢、高强度不锈钢等等。
由于不锈钢材具有优异的耐蚀性、成型性、相容性以及在很宽温度范围内的强韧性等系列特点，所以在重工业、轻工业、生活用品行业以及建筑装饰等行业中获取得广泛的应用。
奥氏体不锈钢在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。
钢中含Cr约18%、Ni 8%~10%、C约0.1%时，具有稳定的奥氏体组织。
奥氏体铬镍不锈钢包括著名的18Cr-8Ni钢和在此基础上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素发展起来的高Cr-Ni 系列钢。
奥氏体不锈钢无磁性而且具有高韧性和塑性，但强度较低，不可能通过相变使之强化，仅能通过冷加工进行强化。
如加入S，Ca，Se，Te等元素，则具有良好的易切削性。
此类钢除耐氧化性酸介质腐蚀外，如果含有Mo、Cu等元素还能耐硫酸、磷酸以及甲酸、醋酸、尿素等的腐蚀。
此类钢中的含碳量若低于0.03%或含Ti、Ni，就可显著提高其耐晶间腐蚀性能。
高硅的奥氏体不锈钢浓硝酸肯有良好的耐蚀性。
由于奥氏体不锈钢具有全面的和良好的综合性能，在各行各业中获得了广泛的应用。
铁素体不锈钢在使用状态下以铁素体组织为主的不锈钢。
渗碳件常见的缺陷及防止和补救措施1、深层过浅：产生的原因主要是加热温度低，时间短，炉内的碳势低等原因造成的。
应针对具体原因采取防止措施。
深层过浅可采取补渗予以补救。
2、渗层过深：产生的原因主要是加热温度高，时间长，炉内的碳势高等原因造成的。
应针对具体原因采取防止措施。
但对已超过标准要求的是无法补救的。
3、渗层深度不均匀：产生这种缺陷的主要原因是炉温不均匀，炉内碳势不均匀，或工件表面不净。
防止方法主要是改善炉内温度和碳势的均匀性，清洁工件表面。
这类缺陷可在比较缓和的渗碳气氛炉内重新渗碳，使其扩散均匀。
4、渗碳层脱碳：产生这种缺陷的主要原因是渗碳后期碳势降低太大，或是出炉冷速慢，零件在高温下与空气接触时间太长，或在重新加热时炉气保护不良等，防止办法采取相应措施，可以用补渗的办法补救。
5、网状碳化物：产生网状碳化物的主要原因是炉内碳势太高，或是渗碳后的冷却速度太慢。
可通过控制合适的碳势，或加大冷却速度来防止。
已有的网状碳化物可以通过正火处理来消除。
6、残余奥氏体量过多：钢中的合金元素较多碳浓度过高，淬火温度高时易产生多量残余奥氏体。
适当降低碳势和淬火温度可防止产生多量残余奥氏体。
采用长时间的较高温度回火可使残余奥氏体分解，也可以采用重新加热淬火及深冷处理等方法进行补救。
7、黑色组织：渗层中的黑色组织通常因升温期排气不足，晶界发生氧化而使合金元素贫化造成在淬火后出现驱氏体和贝氏体。
这种组织对零件性能有很坏的影响，而且是不可挽救的，应按上述因素采取预防措施。
8、芯部硬度偏高：1.降低淬火温度，但是降低淬火温度后注意可能有铁素体析出。
2.使用冷速慢的油,但有可能表面硬度不均,硬化层不均.3.降低油搅拌的速度,在油冷速慢的油温使用.淬火油甚至不搅拌.4.加大有效尺寸,比如把孔中加实心工装,增大热容量,降低冷速.5. 检测原材料的化学成分，是否有超标。
原始含碳两越高，心部硬度越高。
对于薄壁件,心部硬度降不下来,厚大的件,心部硬度提不上来.因此针对某种产品选择原材料的含碳量是最重要的.热处理只能在很小的范围内调节.。
碳氮共渗热处理的标准包括温度、时间、气氛和冷却方式等几个方面。
1. 温度：碳氮共渗的温度通常在820～880℃范围内。
具体温度的选择取决于钢种和零件的使用性能。
2. 时间：共渗时间根据渗层深度要求而定。
层深与时间呈抛物线规律，可以通过公式计算得到。
3. 气氛：碳氮共渗的气氛通常使用尿素作为渗剂，也可以使用其他含碳、氮的物质作为渗剂。
气氛的控制对于共渗层的组织和性能有重要影响。
4. 冷却方式：共渗后的冷却方式可以根据需要选择不同的方法，如直接淬火、分级淬火、再次加热淬火等。
冷却方式的选择会影响共渗层的组织和硬度分布。
除了以上标准外，碳氮共渗热处理还需要注意以下几点：
1. 共渗前的表面准备：在进行碳氮共渗前，需要对零件表面进行清洗、除油、除锈等处理，以保证渗剂能够均匀地渗透到表面。
2. 渗剂的选择和配比：渗剂的选择和配比会影响共渗层的组织和性能，需要根据具体要求进行选择。
3. 炉温和气氛的控制：炉温和气氛的控制是共渗过程中的关键因素，需要严格控制以保证共渗层的质量和性能。
4. 后处理：共渗后需要进行适当的后处理，如淬火、回火等，以获得所需的组织和性能。
总之，碳氮共渗热处理的标准是多方面的，需要综合考虑温度、时间、气氛、冷却方式等因素，并注意共渗前的表面准备和后处理等步骤，以获得高质量的共渗层。
钢的渗碳和碳氮共渗.淬火.回火工艺1.主题内容和适用范围本工艺规则了渗碳钢的气体渗碳氮共渗淬火回火处理的工序准备.工艺规范.操作规程.质量检验和安全环保等方面要求；2.引用标准JB3999—85钢的渗碳和碳氮共渗淬火回火处理GB85839—87齿轮材料及热处理质量检验一般规则ZBJ17022—88齿轮碳氮共渗工艺及质量控制ZBT04001—88汽车渗碳齿轮金相检验JB/ZQ4038—88重载齿轮渗碳质量检验GB9450—88钢件渗碳淬火有效硬化层深度的测定和校核GB15735—1995金属热处理生产过程安全卫生要求3.工艺准备3.1工件准备3.1.1对照图纸了解被处理工件的材料牌号（或化学成份），予处理情况和质量要求，磨削留量，必要时检查齿轮（轴齿轮）的加工精度；3.1.2工件表面不得有氧化皮.碰伤和裂纹，用清洗剂洗净油污后烘干；3.1.3工件表面不需要渗碳或碳氮共渗的部位，又无留余量，没安排剥碳层的加工工序，就要用防渗涂料保护，防渗涂料的厚度应大于0.3mm，涂层应致密，防渗涂料应符合ZB451—014的规则；3.2工装准备3.3开炉准备选用的工装应具有足够的热处理强度和刚度；3.3.1检查热处理设备的机械和电气部分是否正常，炉子是否漏气；检查炉子需润滑油的部位，使其不断润滑；3.3.2检查测温仪表，热电隅是否正常，要定期进行校验；3.3.3定期清理气体渗碳炉炉罐中的碳黑和灰烬；3.4工件的表卡和试样3.4.1根据工件的形状和要求，选用适当的吊具和夹具；3.4.2工件间要有5～10mm的间隙；3.4.3应随炉放臵与装炉工件材质和予处理相同和符合GB8539—87“齿轮材料及热处理质量检验的一般规则”规则的样式，并放臵在有代表性的位臵，以备炉前操作抽样检查；4.渗碳和碳氮共渗淬火回火处理的工艺规范和操作规程4.1渗碳.碳氮共渗处理4.1.1装炉4.1.1.1工件装炉前应把炉温升到渗碳或共渗温度，连续生产时可干上一炉出炉后立即装炉；4.1.1.2工件应装在炉子的有效加热区内，加热区的炉温不得超过±15℃；4.1.1.3每炉装载量不大于设备的装载量；4.1.2气体渗碳工艺规范和操作规程4.1.2.1气体渗碳工艺规范参照图1，低碳合金渗碳钢的渗碳温度取上限；4.1.2.2排气期排气期的渗剂滴入量，参照表1，炉子到温后的排气时间的长短取决于排气程度，应取气进行分析，当CO2和O2的含量低于0.5%时，即可关闭试样孔，转入强渗期；无气体分析仪时，可观察废气火苗的颜色和状态，当火苗呈杏黄色，上升无力时，排气基本结束；一般地排气时间为1～1.5小时；4.1.2.3强渗期，关闭试样孔，点燃排出的废气；检查炉盖及通风机轴处是否漏气；调整煤油.异丙醇的滴入量，滴量多少取决于设备大小，装炉工件表面积的大小及炉子密封的情况，表1的滴量供选择时参考；强渗期炉气成份应控制在表2规则的范围内；有条件应采用红外线CO2碳位自控仪或露点仪控制炉气或用奥氏体分析仪对炉气进行分析，作为调正滴量的依据；强渗期的炉压控制在100～300pa；废气燃烧的火苗高度控制在200～250㎜的长度；根据工件有效硬化层要求和渗速经验，约达到1/2～2/3渗层深度时，抽验第一根试样，根据第一个试样的渗层确定第二个试样的时间，当有效硬化层深度达到或接近工件的有效硬化深度时，即可进入扩散期；4.1.2.4扩散期：扩散期的煤油.异丙醇滴量约为强渗期的0.5倍，为了保证炉压，并同时加滴甲醇，扩散期的时间与工件要求的有效硬化层深度有关，有效硬化层深度愈深，扩散时间要求愈长一些，与工件的碳势（试样的碳势）有关，碳势高要求扩散时间长一些，还与试样渗层深度有关，为了保证工件表面0.85～1.0%的碳浓度和合理的过滤层，扩散时间约为1～3小时；4.1.2.5降温期：抽验的第三个试样，如果网状碳化物≥5级为作正火处理，920℃出炉空冷，对20CrMnMo17Cr2Ni20CrNi2Mo当工件室冷到300-400℃时要放到回火炉中炉冷，防止在表面和次层在空冷时产生马氏体，形成表面裂纹；对于17CrNi2Mo.20Cr2NiMo等Cr.Ni渗碳钢即使碳化物不超级也要出炉空冷，空冷的炉温度为860～880℃；对于碳化物不超级的20CrMnTi.20CrMnMo～840℃，保渗碳齿轮，随炉冷到830温0.5～1H后直接淬火；4.1.3气体碳氮共渗工艺规范和操作规程；4.1.3.1气体碳氮共渗操作规程；4.1.3.2采用煤油加氨氧的气体碳氮共渗工艺曲线4.1.3.3共渗过程其炉气成分应符合下表规则4.2.1工件渗碳后直接淬火；对本质细晶粒钢工件渗碳后可采用直接淬火的方法，以获得所需要的表层和心部硬度以及有效硬化层深度，如20CrMo.20CrMnMo，以及含硼和稀土的合金钢渗碳件；直接淬火一般在炉中降温到830～850℃，均温0.5～1H出炉后淬火工件渗碳后直接淬火另一个条件是渗层金相组织网状碳化物≤4级；工件要求渗层深，炉中碳势又高的情况，容易造成碳化物超级，而对于模数≤5的20CrMnTi.20CrMnMo齿轮，渗碳深度1.2～1.3㎜（含磨量）碳化物不易超级，可以直接淬火，模数大于5的齿轮视渗层的金相组织中网状碳化物的级别而定，如果网状碳化物小于4级可以直接淬火；5级以上则要高温正火，消除网状碳化物或降低网状碳化物级别；4.2.2工件渗碳后空冷后再淬火，按方法有以下几种原因：a.工件渗碳后需要进行机械加工，如制碳层；b.容易发生过热的碳钢和非细晶粒合金钢件，以及某些不宜直接淬火的工件（如需要在压床上淬的齿轮）；c.渗层组织如出现网状碳化物超级对于a.b两种情况，炉冷到850～860℃空冷，但对20CrMnMo渗件要求在400℃以下缓冷，否则易再次表层出现马氏体组织形成裂纹，对于C种情况，要求在900～930℃出炉直接空冷；4.2.312CrNi3.12Cr2Ni4.17CrNi2Mo.20CrNi4.20Cr2Ni4.20Cr2Ni4MoA.20Cr2Ni4WA等高强合金渗碳件，渗碳炉冷到920℃出炉空冷（用于制作大模数齿轮），400以下缓冷，并增加一次至二次650～680℃，5～6H的高温回火；这种高温回火称为催化或促变处理，它不仅能改善机械加工性能，更主要它是获得良好淬火组织的条件和保证；必须严格执行；4.2.4碳氮共渗的工件一般都从共渗温度或低于共渗温度出炉直接淬火；4.2.5经过渗碳淬火或碳氮共渗淬的工件，通常采用180℃±10℃的低温回火；4.2.5.1碳氮共渗齿轮回火的温度为180℃±10℃，回火时间3H；4.2.5.2模数1～3的齿轴渗碳淬火后温度200～210℃，时间3H，模数1～3的齿轮渗碳淬火后的回温度220℃±10℃，时间3H4.2.5.3模数3～5的齿轴.齿轮渗碳淬火后进行二次回火；第一次回火温度230℃，时间4H；第二次齿轴的回火温度230℃，回火时间3H；4.2.5.4模数≥6的齿轮.齿轴，渗碳后直接淬火的工件，需要进行三次回火；第一次回火温度230℃，回火时间3H；第二次回火，齿轴的回火温度230℃，时间3H，齿轮的回火温度240℃，时间3H；第三次回火，齿轴的回火温度220℃，时间3H，齿轮的回火温度240℃，时间3H；4.2.5.5模数≥6的齿轮齿轴渗碳后空冷，后加热淬火；进行二次回火；第一次回火温度230℃，时间4H；第二次回火，齿轴的回火温度220℃，时间4H，齿轮的回火温度240℃，时间4H；4.2.5.6前一次回火后，工件空冷到室温或≤50℃，才能进行下一次回火；4.2.5.7工件回火必须放在回火炉的有效加热区内（渗碳淬火的齿轮部分需量出回火炉底部300㎜）；4.3渗碳和碳氮共渗淬火回火件的最后处理；4.3.1清理：进行喷砂，以清除赤面的油污和氧化模；4.3.2校直和矫正：用偏摆仪检查齿轴的变形，当超过允许变形时，应对其校直和矫正；随后进行去应力回火；条件允许（淬火工件量少时）应在淬火后马上进行校直，然后再回火；5.质量检验5.1外观：不得有裂纹和碰伤5.2表面硬度5.2.1硬度检验方法，按GB23083《金属洛氏硬试验法》或其他硬度试验法进行；5.2.2表面硬度的偏差范围，表面硬度不得超过下表规则：5.3.1有效硬化层检验方法，按GB《钢的渗碳硬化层有效硬化层深度的测定和校验》中的规则执行；5.3.2有效硬化层深度偏差不得超过下表规则；根据零件的要求，按有关标准进行检定；5.5变形：零件的变形应符合技术要求；6.安全与环保6.1操作者要穿戴好必须的劳动保护用品；6.2执行所用设备的安全操作规程；6.3气体渗碳或碳氮共渗出炉淬火时，同时淬火的工件量大时，应先检查油温，当油温>100℃时，应先降油温后淬火，以防止油槽着火；着火时需用灭火器，石棉被灭火，严禁用水灭火；6.4要防止渗碳炉滴注器渗漏，以免引起炉盖着火，烧毁电机或造成渗剂失火；6.5其它方面按GB15735—1995，金属热处理生产过程安全卫生要求；。
渗碳渗氮、氮碳共渗标准通俗地说，不锈钢就是不容易生锈的钢，实际上一部分不锈钢，既有不锈性，又有耐酸性（耐蚀性）。
不锈钢的不锈性和耐蚀性是由于其表面上富铬氧化膜（钝化膜）的形成。
这种不锈性和耐蚀性是相对的。
试验表明，钢在大气、水等弱介质中和硝酸等氧化性介质中，其耐蚀性随钢中铬含水量的增加而提高，当铬含量达到一定的百分比时，钢的耐蚀性发生突变，即从易生锈到不易生锈，从不耐蚀到耐腐蚀。
不锈钢的分类方法很多。
按室温下的组织结构分类，有马氏体型、奥氏体型、铁素体和双相不锈钢；按主要化学成分分类，基本上可分为铬不锈钢和铬镍不锈钢两大系统；按用途分则有耐硝酸不锈钢、耐硫酸不锈钢、耐海水不锈钢等等，按耐蚀类型分可分为耐点蚀不锈钢、耐应力腐蚀不锈钢、耐晶间腐蚀不锈钢等；按功能特点分类又可分为无磁不锈钢、易切削不锈钢、低温不锈钢、高强度不锈钢等等。
由于不锈钢材具有优异的耐蚀性、成型性、相容性以及在很宽温度范围内的强韧性等系列特点，所以在重工业、轻工业、生活用品行业以及建筑装饰等行业中获取得广泛的应用。
奥氏体不锈钢在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。
钢中含Cr约18%、Ni 8%~10%、C约0.1%时，具有稳定的奥氏体组织。
奥氏体铬镍不锈钢包括著名的18Cr-8Ni钢和在此基础上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素发展起来的高Cr-Ni 系列钢。
奥氏体不锈钢无磁性而且具有高韧性和塑性，但强度较低，不可能通过相变使之强化，仅能通过冷加工进行强化。
如加入S，Ca，Se，Te等元素，则具有良好的易切削性。
此类钢除耐氧化性酸介质腐蚀外，如果含有Mo、Cu等元素还能耐硫酸、磷酸以及甲酸、醋酸、尿素等的腐蚀。
此类钢中的含碳量若低于0.03%或含Ti、Ni，就可显著提高其耐晶间腐蚀性能。
高硅的奥氏体不锈钢浓硝酸肯有良好的耐蚀性。
由于奥氏体不锈钢具有全面的和良好的综合性能，在各行各业中获得了广泛的应用。
铁素体不锈钢在使用状态下以铁素体组织为主的不锈钢。
热处理知识——渗碳与渗氮热处理在机械制造业中占有举足轻重的作用，作为机械从业人员，自身要具备较为全面的热处理知识，这对于我们的日常工作尤为重要。
首先我们先简要介绍热处理的目的及分类，本文重点掌握渗碳和渗氮这两种方式。
.热处理的目的：消除毛坯(如铸件/锻件)中的组织缺陷，消除半成品或焊接件残余应力，改善零部件工艺性能，最主要的是热处理能够提高材料的力学性能，满足其在各种应用场合的功能和寿命要求。
热处理的分类：常用的热处理可分为如下三大类:1、普通热处理（正火、退火、淬火、回火。
也就是我们常说的“四把火”）2、表面淬火（感应淬火、火焰淬火、激光淬火）3、化学热处理（渗碳、渗氮、碳氮共渗）对于热处理，大家可以这样来简化描述：都是由加热、保温、冷却三个阶段组成。
不同热处理方法区别就在于这三个阶段，加热方式，加热温度或者加热的速度不同；保温方式，保温环境或者保温时间不同等；冷却的速度及冷却的环境不同等。
进入正文，主要介绍渗碳和渗氮渗碳定义：把零部件置于渗碳介质中，加热到单相奥氏体区，保温一定时间，使碳原子渗入钢表层的化学热处理工艺。
目的：使零件表面具有高硬度、耐磨及疲劳极限，心部具有较高的强度和韧性。
常用钢种：含碳量0.1%-0.25%的碳钢或合金（即低碳钢和低碳合金钢）渗碳方法：常用的气体渗碳法：工件置于密闭的加热炉中，滴入煤油、丙酮、甲苯等在高温（900-950°C）下分解出CO、CO2、CH4等，气体再分解出活性碳原子，随后活性碳原子溶于高温奥氏体中，随着时间进行，碳原子逐渐向内扩散，深度主要取决于保温时间，可大约按0.2mm/h的速度近似计算。
关键技术点：1）表面含碳量最好在0.85%-1.05%内，若含碳量过低，淬火、低温回火后得到的回火马氏体，含碳量较低，硬度低，耐磨性差。
2）在一定的渗碳层深度范围内，随渗碳层深度的增加，疲劳极限、抗弯强度及耐磨性都将增加，但渗碳层深度超过一定限度后，疲劳极限反随着渗碳层深度的增加而降低。
渗碳渗氮、氮碳共渗标准通俗地说，不锈钢就是不容易生锈的钢，实际上一部分不锈钢，既有不锈性，又有耐酸性（耐蚀性）。
不锈钢的不锈性和耐蚀性是由于其表面上富铬氧化膜（钝化膜）的形成。
这种不锈性和耐蚀性是相对的。
试验表明，钢在大气、水等弱介质中和硝酸等氧化性介质中，其耐蚀性随钢中铬含水量的增加而提高，当铬含量达到一定的百分比时，钢的耐蚀性发生突变，即从易生锈到不易生锈，从不耐蚀到耐腐蚀。
不锈钢的分类方法很多。
按室温下的组织结构分类，有马氏体型、奥氏体型、铁素体和双相不锈钢；按主要化学成分分类，基本上可分为铬不锈钢和铬镍不锈钢两大系统；按用途分则有耐硝酸不锈钢、耐硫酸不锈钢、耐海水不锈钢等等，按耐蚀类型分可分为耐点蚀不锈钢、耐应力腐蚀不锈钢、耐晶间腐蚀不锈钢等；按功能特点分类又可分为无磁不锈钢、易切削不锈钢、低温不锈钢、高强度不锈钢等等。
由于不锈钢材具有优异的耐蚀性、成型性、相容性以及在很宽温度范围内的强韧性等系列特点，所以在重工业、轻工业、生活用品行业以及建筑装饰等行业中获取得广泛的应用。
奥氏体不锈钢在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。
钢中含Cr约18%、Ni 8%~10%、C约0.1%时，具有稳定的奥氏体组织。
奥氏体铬镍不锈钢包括著名的18Cr-8Ni钢和在此基础上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素发展起来的高Cr-Ni 系列钢。
奥氏体不锈钢无磁性而且具有高韧性和塑性，但强度较低，不可能通过相变使之强化，仅能通过冷加工进行强化。
如加入S，Ca，Se，Te等元素，则具有良好的易切削性。
此类钢除耐氧化性酸介质腐蚀外，如果含有Mo、Cu等元素还能耐硫酸、磷酸以及甲酸、醋酸、尿素等的腐蚀。
此类钢中的含碳量若低于0.03%或含Ti、Ni，就可显著提高其耐晶间腐蚀性能。
高硅的奥氏体不锈钢浓硝酸肯有良好的耐蚀性。
由于奥氏体不锈钢具有全面的和良好的综合性能，在各行各业中获得了广泛的应用。
铁素体不锈钢在使用状态下以铁素体组织为主的不锈钢。
很全面，渗碳+渗氮+碳氮共渗表面处理工艺渗碳与渗氮一般是指钢的表面化学热处理渗碳必须用低碳钢或低碳合金钢。
可分为固体、液体、气体渗碳三种。
应用较广泛的气体渗碳，加热温度900-950摄氏度。
渗碳深度主要取决于保温时间，一般按每小时0.2-0.25毫米估算。
表面含碳量可达0.85%-1.05%。
渗碳后必须热处理，常用淬火后低温回火。
得到表面高硬度心部高韧性的耐磨抗冲击零件。
渗氮应用最广泛的气体渗氮，加热温度500-600摄氏度。
氮原子与钢的表面中的铝、铬、钼形成氮化物，一般深度为0.1-0.6毫米，氮化层不用淬火即可得到很高的硬度，这种性能可维持到600-650摄氏度。
工件变形小，可防止水、蒸气、碱性溶液的腐蚀。
但生产周期长，成本高，氮化层薄而脆，不宜承受集中的重载荷。
主要用来处理重要和复杂的精密零件。
涂层、镀膜、是物理的方法。
“渗”是化学变化，本质不同。
钢的渗碳——就是将低碳钢在富碳的介质中加热到高温(一般为900-950C)，使活性碳原子渗入钢的表面，以获得高碳的渗层组织。
随后经淬火和低温回火，使表面具有高的硬度、耐磨性及疲劳抗力，而心部仍保持足够的强度和韧性。
渗碳钢的化学成分特点（1）渗碳钢的含碳量一般都在0.15%-0.25％范围内，对于重载的渗碳体，可以提高到0.25%-0.30％，以使心部在淬火及低温回火后仍具有足够的塑性和韧性。
但含碳量不能太低,，否则就不能保证一定的强度。
（2）合金元素在渗碳钢中的作用是提高淬透性，细化晶粒，强化固溶体，影响渗层中的含碳量、渗层厚度及组织。
在渗碳钢中通常加入的合金元素有锰、铬、镍、钼、钨、钒、硼等。
常用渗碳钢可以分碳素渗碳钢和合金渗碳钢两大类（1）碳素渗碳钢中，用得最多的是15和20钢，它们经渗碳和热处理后表面硬度可达56-62HRC。
但由于淬透性较低，只适用于心部强度要求不高、受力小、承受磨损的小型零件，如轴套、链条等。
（2）低合金渗碳钢如20Cr、20Cr2MnVB、20Mn2TiB等，其渗透性和心部强度均较碳素渗碳钢高，可用于制造一般机械中的较为重要的渗碳件，如汽车、拖拉机中的齿轮、活塞销等。
一、引言模具进行氮化处理可显著提高模具表面的硬度、耐磨性、抗咬合性、抗腐蚀性能和抗疲劳性能。
由于渗氮温度较低，一般在500-650℃范围内进行，渗氮时模具芯部没有发生相变，因此模具渗氮后变形较小。
一般热作模具钢(凡回火温度在550-650℃的合金工具钢)都可以在淬火、回火后在低于回火温度的温度区内进行渗氮；一般碳钢和低合金钢在制作塑料模时也可在调质后的回火温度下渗氮；一些特殊要求的冷作模具钢也可在氮化后再进行淬火、回火热处理。
实践证明，经氮化处理后的模具使用寿命显著提高，因此模具氮化处理已经在生产中得到广泛应用。
但是，由于工艺不正确或操作不当，往往造成模具渗氮硬度低、深度浅、硬度不均匀、表面有氧化色、渗氮层不致密、表面出现网状和针状氮化物等缺陷，严重影响了模具使用寿命。
因此研究模具渗氮层缺陷、分析其产生的原因、探讨减少和防止渗氮缺陷产生的工艺措施，对提高模具的产品质量，延长使用寿命具有十分重要的意义。
二、模具渗氮层硬度偏低模具渗氮表层硬度偏低将会降低模具的耐磨性能，大大减少渗氮模具的使用寿命。
模具渗氮层硬度偏低的原因(1)渗氮模具表层含氮量低。
这是由于渗氮时炉温偏高或者在渗氮第一阶段的氨分解率过高，即炉内氮气氛过低。
(2)模具预先热处理后基体硬度太低。
(3)渗氮炉密封不良、漏气或初用新的渗氮罐。
预防措施：适当降低渗氮温度，对控温仪表要经常校正，保持适当的渗氮温度。
模具装炉后应缓慢加热，在渗氮第一阶段应适当降低氨分解率。
渗氮炉要密封，对漏气的马弗罐应及时更换。
新渗氮罐要进行预渗氮，使炉内氨分解率达到平稳。
对因渗氮层含氮量较低的模具可进行一次补充渗氮，其渗氮工艺为：渗氮温度520℃ ，渗氮时间8～10h，氨分解率控制在20％-30％。
在模具预先热处理时要适当降低淬火后的回火温度，提高模具的基体硬度。
三、模具渗氮层浅模具渗氮层浅将会缩短模具硬化层耐磨寿命。
模具渗氮层偏浅的原因：(1)模具渗氮时间太短、渗氮温度偏低、渗氮炉有效加热区的温度分布不均匀、渗氮过程第一阶段氮浓度控制不当(氨分解率过高或过低)等。
渗碳渗氮、氮碳共渗标准通俗地说，不锈钢就是不容易生锈的钢，实际上一部分不锈钢，既有不锈性，又有耐酸性（耐蚀性）。
不锈钢的不锈性和耐蚀性是由于其表面上富铬氧化膜（钝化膜）的形成。
这种不锈性和耐蚀性是相对的。
试验表明，钢在大气、水等弱介质中和硝酸等氧化性介质中，其耐蚀性随钢中铬含水量的增加而提高，当铬含量达到一定的百分比时，钢的耐蚀性发生突变，即从易生锈到不易生锈，从不耐蚀到耐腐蚀。
不锈钢的分类方法很多。
按室温下的组织结构分类，有马氏体型、奥氏体型、铁素体和双相不锈钢；按主要化学成分分类，基本上可分为铬不锈钢和铬镍不锈钢两大系统；按用途分则有耐硝酸不锈钢、耐硫酸不锈钢、耐海水不锈钢等等，按耐蚀类型分可分为耐点蚀不锈钢、耐应力腐蚀不锈钢、耐晶间腐蚀不锈钢等；按功能特点分类又可分为无磁不锈钢、易切削不锈钢、低温不锈钢、高强度不锈钢等等。
由于不锈钢材具有优异的耐蚀性、成型性、相容性以及在很宽温度范围内的强韧性等系列特点，所以在重工业、轻工业、生活用品行业以及建筑装饰等行业中获取得广泛的应用。
奥氏体不锈钢在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。
钢中含Cr约18%、Ni 8%~10%、C约0.1%时，具有稳定的奥氏体组织。
奥氏体铬镍不锈钢包括著名的18Cr-8Ni钢和在此基础上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素发展起来的高Cr-Ni 系列钢。
奥氏体不锈钢无磁性而且具有高韧性和塑性，但强度较低，不可能通过相变使之强化，仅能通过冷加工进行强化。
如加入S，Ca，Se，Te等元素，则具有良好的易切削性。
此类钢除耐氧化性酸介质腐蚀外，如果含有Mo、Cu等元素还能耐硫酸、磷酸以及甲酸、醋酸、尿素等的腐蚀。
此类钢中的含碳量若低于0.03%或含Ti、Ni，就可显著提高其耐晶间腐蚀性能。
高硅的奥氏体不锈钢浓硝酸肯有良好的耐蚀性。
由于奥氏体不锈钢具有全面的和良好的综合性能，在各行各业中获得了广泛的应用。
铁素体不锈钢在使用状态下以铁素体组织为主的不锈钢。
渗碳、滲氮、碳氮共渗的说明
1.渗碳:渗碳后的工件经淬火和低温回火，使表面具有高硬度河耐磨性，而心部仍保持良好的塑性河韧性，从而满足工件外硬内韧的使用要求。
2.渗氮：零件渗氮后表面形成一层氮化物，不需要淬火就可以具有高的硬度、耐磨性、抗疲劳性河一定的腐蚀性，而且变形也很小，可以直接使用。
20Cr和40Cr渗碳淬火洛氏硬度HR C58-62.
渗氮用钢常常要求含有:Al、Cr、Mo等合金元素的钢，如果没有含上述元素（或含很少），因其生成的渗氮层很脆，容易剥落，不适合作为渗氮钢。
45钢的化学成分：
C=0.42 -0.50%；Si=0.17-0.37%；Mn=0.50-0.80%；Cr≤0.2%；Ni≤0.30%；Cu≤0.25%
故45#钢一般不能氮化。
适合氮化的钢有：38CrMoAlA，40Cr、42CrMo、50CrV等含有Al、Cr、Mo等合金元素的钢。
中高碳钢都可以淬火，锰钢也可以淬火。
3.碳氮共渗：又称氰化。
碳氮共渗是将钢件表面同时渗入碳原子河氮原子，形成碳氮共渗层，以提高工件的硬度、耐磨性河疲劳强度的处理方法。
渗碳、渗氮、碳氮共渗三者有什么不同？反映在材料题上具体有什么不一样的效果
渗碳:渗碳后的工件经淬火和低温回火，使表面具有高硬度和耐磨性，而心部仍保持良好的塑性和韧性，从而满足工件外硬内韧的使用要求。
渗氮：零件渗氮后表面形成一层氮化物，不需要淬火就可以具有高的硬度、耐磨性、抗疲劳性和一定的腐蚀性，而且变形也很小。
碳氮共渗：又称氰化。
碳氮共渗是将钢件表面同时渗入碳原子和氮原子，形成碳氮共渗层，以提高工件的硬度、耐磨性和疲劳强度的处理方法。
渗碳淬火、渗氮与碳氮共渗外观区别
三种热处理工艺处理的工件外观上差别不大，都有氧化色。
通过外观观察即可判定其热处理工艺的可能性不大。
渗氮是为什么。
渗碳是因为低碳钢含碳量不够。
那渗氮是为什么。
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。
渗入钢中的氮一方面由表及里与铁形成不同含氮量的氮化铁，一方面与钢中的合金元素结合形成各种合金氮化物，特别是氮化铝、氮化铬。
这
些氮化物具有很高的硬度、热稳定性和很高的弥散度，因而可使渗氮后的钢件得到高的表面硬度、耐磨性、疲劳强度、抗咬合性、抗大气和过热蒸汽腐蚀能力、抗回火软化能力，并降低缺口敏感性。
另外渗碳的最终目的是使渗过碳的工件表面获得很高的硬度，提高其耐磨程度。
碳氮共渗常见缺陷分析与对策内氧化：因氧原子渗入金属内层与合金元素发生内氧化和沿晶界形成氧化物。
在显微镜下观察到黑网为氧化物网，经硝酸酒精溶液浸蚀后扩大部分为极细珠光体与贝氏体组织，有细小粒状C·N化合物，属非马氏体组织。
共渗过程中，氧原子在钢件表面聚集并沿奥氏体晶界向内层扩散，而合金元素则由晶粒内向晶界及内层沿表层扩散，在表层与奥氏体晶界结合，形成合金元素氧化物。
一般含Cr、Mn、元素合金钢较易出现内氧化，贫化了周围奥氏体中合金元素含量，降低奥氏体稳定性，淬火时转变为极细珠光体与贝氏体，为非马氏体组织，降低硬度、耐磨性及综合力学性能。
对策→碳氮共渗不宜用传统产气量小的煤油排气，应选用产气量大的甲醇排气；充分干燥NH3气，排除H2O和适当提高共渗温度；若有足够磨量，可进行表面喷丸处理去除表面内氧化层和选用二次精炼含W、M0、V、Co合金钢等措施，能有效防止和避免内氧化。
残余奥氏体量过多：钢淬火冷却时过冷奥氏体转变成淬火马氏体，有小部分过冷奥氏体(残余奥氏体)不能转变为马氏体，与常温下与马氏体共存；淬火马氏体经不同温度回火后转变为不同回火组织，达到所需组织性能。
残余奥氏体在回火过程中可部分转变为马氏体，但材料和工艺不同或共渗时C·N含量过高和淬火加热温度偏高，渗后冷速过快，致使碳氮化合物析出量不够，均会导致残余奥氏体过量保留在使用状态中，降低硬度、耐磨性、疲劳强度、屈服强度、弹性极限和引起组织性能不够稳定。
因此，易导致在使用状态下发生组织转变与体积膨胀，发生参数变化，引起畸变。
为此，必须严格控制淬火残余奥氏体含量，过量残余奥氏体应采取相应措施消除。
对策→控制碳氮含量，一般含质量分数为0.75％-0.95％，含氮的质量分数为0.15％-0.35％为宜。
碳氮共渗保温后出炉温度不宜过高，适当降低淬火温度。
因合金钢含有大量降低马氏体点的合金元素，过高淬火加热温度会使钢中碳和合金元素大量潜入高温奥氏体中,奥氏体合金化程度高，增加奥氏体稳定性，使过冷奥氏体不易发生马氏体相变。
