渗碳渗氮的作用及氮碳共渗和碳氮共渗的区别

齿轮渗氮、氮碳共渗工艺及质量控制
齿轮渗氮是一种提高齿轮表面硬度和耐磨性的表面处理方法，可以通过在齿轮表面注入氮气，使其在表面形成氮化层。

齿轮渗氮的主要工艺包括气体渗氮和盐浴渗氮两种方法。

1. 气体渗氮工艺：气体渗氮是将齿轮置于渗氮炉中，通过加热至高温状态，然后通过氨气或氮气等气体进行渗透处理，使氮原子渗入齿轮表面形成氮化层。

这种工艺具有操作简单、渗透深度可控、成本较低等优点。

2. 盐浴渗氮工艺：盐浴渗氮是将齿轮浸入温度较高的盐浴溶液中进行处理，使盐浴溶液中的氮原子渗透到齿轮表面形成氮化层。

这种工艺渗透速度较快，渗透深度大，但操作复杂，成本较高。

质量控制是齿轮渗氮过程中非常重要的环节，主要包括以下几个方面：
1. 温度控制：温度是齿轮渗氮过程中的重要参数，需要控制在合适的范围内，以保证渗透效果和避免过热损坏齿轮。

2. 渗氮时间控制：渗氮时间是影响氮化层深度和均匀性的重要因素，需要根据齿轮的具体要求和设计要求来确定。

3. 渗氮介质控制：选择合适的渗氮介质对于渗透效果和氮化层质量都有重要影
响，需要根据具体情况进行选择。

4. 清洗和处理后的质量检验：渗氮后需要对齿轮进行清洗和处理，以去除表面的残留物，然后进行质量检验，包括硬度测试、金相分析、氮化层厚度测量等。

通过合理的工艺选择和质量控制，可以确保齿轮渗氮的效果和质量，提高齿轮的使用寿命和性能。

钢的渗碳和渗氮钢的渗碳---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。

(3)中合金渗碳钢如20Cr2Ni4、18Cr2N4W、15Si3MoWV等,由于具有很高的淬透性和较高的强度及韧性,主要用以制造截面较大、承载较重、受力复杂的零件,如航空发动机的齿轮、轴等。

固体渗碳;液体渗碳;气体渗碳---渗碳温度为900--950C,表面层w(碳)为0.8--1.2％,层深为0.5--2.0mm。

渗碳后的热处理---渗碳工件实际上应看作是由一种表面与中心含量相差悬殊码复合材料。

渗碳只能改变工件表面的含碳量,而其表面以及心部的最终强化则必须经过适当的热处理才能实现。

渗碳后的工件均需进行淬火和低温回火。

淬火的目的是使在表面形成高碳马氏体或高碳马氏体和细粒状碳化物组织。

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。

序号渗碳和渗氮比较12特点表面高硬度心部高韧性的耐磨抗冲击零件。

与整体淬火相比，抗挤压、抗弯疲劳强度好。

与渗氮比，抗冲击，工艺时间短，成本低。

高的硬度和耐磨性,高的疲劳强度,较高的抗咬合性,较高的抗蚀性。

渗氮过程在钢的相变温度以下(450-600℃)进行,因而变形小,用于精密零部件上。

氮化层较薄，一般0.5mm、且脆性较高，使氮化件不能承受太高的接触应力和冲击载荷。

渗碳渗氮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。

使氮原子渗入钢的表面,形成富氮硬化层的一种化学热处理工艺。

氮化层不用淬火即可得到很高的硬度。

原理碳氮共渗向钢件表面同时渗入碳、氮的化学表面热处理工艺。

以渗碳为主，渗入 少量氮。

因碳氮共渗工艺早期采用过氰盐或含氰气氛作为渗剂，故又称“氰化”。

按共渗介质状态分为气体、液体 及固体3类。

碳氮共渗有高温碳氮共渗(氰化处理)和中温碳氮共渗之分.低温碳氮共渗也叫软氮化(氮碳共渗).与渗碳相 比，具有较快的渗入速度，较高的渗层 的淬透性和回火抗力，耐磨性和抗疲 劳性能好等优点，处理温度较低，减少了零件的变形。

3适用材料渗碳必须用低碳钢或低碳合金钢。

含碳量一般都在0.15%-0.25％范围内，用得最多的低碳钢是15和20钢，低合金渗碳钢如20Cr、15CrMo理论上,任何钢种都能通过氮化来改善其表层特性,但实际上,普通的碳钢氮化后,钢的表面硬度提高的不多,这是因为铁的氮化物(如:Fe2N、Fe3N、Fe4N等)稳定性较差，易于集聚粗化，硬度较低。

所以为了获得高硬度和高耐磨性的表层，必须采用含有氮化物形成元素的合金钢。

最佳材料：38CrMoAl尤其是AI，铝是最强的氮化物元素。

在含铬的铬钢而言，如果有足够的含量，亦可得到很好的效果。

但没有含合金的碳钢，因其生成的渗氮层很脆，容易剥落，不适合作为渗氮钢。

钢的渗碳和渗氮钢的渗碳---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。

(3)中合金渗碳钢如20Cr2Ni4、18Cr2N4W、15Si3MoWV等,由于具有很高的淬透性和较高的强度及韧性,主要用以制造截面较大、承载较重、受力复杂的零件,如航空发动机的齿轮、轴等。

固体渗碳 ;液体渗碳 ;气体渗碳---渗碳温度为900--950C,表面层w(碳)为0.8--1.2％,层深为0.5--2.0mm。

渗碳后的热处理---渗碳工件实际上应看作是由一种表面与中心含量相差悬殊码复合材料。

渗碳只能改变工件表面的含碳量,而其表面以及心部的最终强化则必须经过适当的热处理才能实现。

渗碳后的工件均需进行淬火和低温回火。

淬火的目的是使在表面形成高碳马氏体或高碳马氏体和细粒状碳化物组织。

软氮化处理综述一、简介软氮化就使碳氮共渗，这并不是单一的渗碳或者氮化，而是采用一种综合的处理方式一次完成渗碳和氮化。

软淡化的温度比渗碳低，但比氮化高，一般在860度左右。

而且不同于渗碳后需要重新加热淬火，而是保温后直接淬火，节约了一道加热工序。

硬化层深度相当于渗碳，高于氮化。

具有二者的优点，比单一处理要好。

氮化包括气体氮化、辉光离子氮化和软氮化，软氮化是一种通俗的叫法，严格的讲，软氮化是一种以渗氮为主的低温氮碳共渗，主要特点是渗速快（2-4h），但渗层薄（一般在0.4以下),渗层梯度陡，硬度并不低，如果是液体氮化，硬度甚至略高于气体氮化。

气体氮化可以做到深渗层，它的硬度梯度缓，比软氮化承受的载荷高，外观漂亮，缺点是周期长，表面有脆性相，一般要有一道精加工（加工余量很小，一般1丝到2丝）。

辉光离子氮化有气体氮化的优点，在0.4㎜渗层以下，渗速比气体氮化快的多，而且表面不会有脆性相，可以局部氮化，缺点是成本略高，对形状复杂或带长孔的工件效果不好。

变形方面应该是辉光离子氮化变形最小，实际中相差很小，很多时候几乎一样。

软氮化渗层0.4-0.5mm,氮化一半0.5mm左右软氮化即氮碳共渗，氮化是只渗氮.由于软氮化后另件表面的白亮层比氮化后白亮层脆性小,另件的韧性好故称之为"软氮化",软氮化处理后的另件表面硬度有时不比氮化低.对于不同材料软氮化处理后表面硬度在HV500-1200之间.最高硬度接近70HRC二、软氮化即氮碳共渗，与渗氮区别主要是：1.在一定温度下向试件表面渗入氮、碳，以渗氮为主，但非单纯渗氮。

2.处理时间比氮化短。

3.其表面白层相比渗氮白层而言脆性要小。

4.软氮化应用的材料比较广泛。

三、渗氮（软氮化）的常见缺陷：1.硬度偏低生产实践中，工件渗氮（软氮化）后其表面硬度有时达不到工艺规定的要求，轻者可以返工，重者则造成报废。

造成硬度偏低的原因是多方面的：设备方面：如系统漏气造成氧化；材料：如材料选择欠佳；前期热处理：如基体硬度太低，表面脱碳严重等；预先处理：如进炉前的清洁方式及清洁度。

碳氮共渗和渗碳
碳氮共渗和渗碳是热处理中常见的两种工艺。

这两种工艺都是为
了在金属材料表面形成一层淬火硬化层，提高材料的硬度和耐磨性。

下面将介绍这两种工艺的基本原理和应用。

碳氮共渗是指同时在金属材料表面扩散一定浓度的碳和氮原子。

在热处理过程中，一定温度下将金属件浸入含有碳和氮的混合气体中，使得碳和氮原子渗入金属表面，与金属原子共同形成一层淬火硬化层。

这种工艺适用于低碳合金钢、工具钢等材料的淬火处理，可以提高材
料的硬度和耐磨性，延长材料的使用寿命。

渗碳是指在金属材料表面扩散一定浓度的碳原子。

在热处理过程中，将金属件浸入含有碳的气体中，使得碳原子渗入金属表面形成一
层淬火硬化层。

渗碳工艺适用于低碳合金钢、铬钼钢等材料的淬火处理。

与碳氮共渗相比，渗碳工艺更加经济实惠，但硬化层的厚度相对
较薄，且耐热性能较差。

在实际应用中，选择碳氮共渗或渗碳工艺需要考虑许多因素，例
如金属种类、加工要求、环境污染等。

因此，发展新型热处理工艺和
选择可持续发展的材料成为了热处理技术研究的重要方向。

总的来说，碳氮共渗和渗碳是热处理工艺中常用的两种硬化工艺，适用范围较广。

在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的工艺，
并注重环境保护，推动热处理技术的可持续发展。

氮碳共渗：又称软氮化或低温碳氮共渗,即在铁-氮共析转变温度以下，使工件表面在主要渗入氮的同时也渗入碳。

碳渗入后形成的微细碳化物能促进氮的扩散，加快高氮化合物的形成。

这些高氮化合物反过来又能提高碳的溶解度。

碳氮原子相互促进便加快了渗入速度。

此外，碳在氮化物中还能降低脆性。

氮碳共渗后得到的化合物层韧性好，硬度高，耐磨，耐蚀，抗咬合。

常用的氮碳共渗方法有液体法和气体法。

处理温度530～570℃，保温时间1～3小时。

早期的液体盐浴用氰盐，以后又出现多种盐浴配方。

常用的有两种：中性盐通氨气和以尿素加碳酸盐为主的盐，但这些反应产物仍有毒。

气体介质主要有：吸热式或放热式气体（见可控气氛）加氨气；尿素热分解气；滴注含碳、氮的有机溶剂，如甲酰胺、三乙醇胺等。

氮碳共渗不仅能提高工件的疲劳寿命、耐磨性、抗腐蚀和抗咬合能力，而且使用设备简单，投资少，易操作，时间短和工件畸变小，有时还能给工件以美观的外表。

碳氮共渗：以渗碳为主同时渗入氮的化学热处理工艺。

它在一定程度上克服了渗氮层硬度虽高但渗层较浅，而渗碳层虽硬化深度大，但表面硬度较低的缺点。

应用较广泛的只有气体法和盐浴法。

气体碳氮共渗介质是渗碳剂和渗氮剂的混合气，例如滴煤油（或乙醇、丙酮）、通氨；吸热或放热型气体中酌加高碳势富化气并通氨；三乙醇胺或溶入尿素的醇连续滴注。

[C]、[N]原子的产生机制除与渗碳、渗氮相同外，还有共渗剂之间的合成和分解：CO+NH3⇔HCN+H2OCH4+NH3⇔HCN+3H22HCN⇔2[C]+2[N]+H2碳氮共渗并淬火、回火后的组织为含氮马氏体、碳氮化合物和残余奥氏体。

深0.6～1.0mm 的碳氮共渗层的强度、耐磨性与深1.0～1.5mm的渗碳层相当。

为减少变形，中等载荷齿轮等可用低于870℃的碳氮共渗代替930℃进行的渗碳。