氮化钢

氮化钢（渗氮钢）适合于氮化（或渗氮）工艺的钢种，称氮化钢或渗氮钢。

一般狭义而言，是指专门为渗氮零件设计、冶炼、加工的一种特殊钢种。

其典型代表为38CrMoAL。

- _6 D- 氮化钢制作的机器零件，经氮化处理后，能获得极高的表面硬度、良好的耐磨性、高的疲劳强度和较低的缺口敏感性、一定的抗腐蚀能力、高的热稳定性，氮化处理用于处理某些在较高温度工作的耐磨零件或精密零件，如内燃机曲轴、汽缸套和汽阀、镗床的主轴和主轴套、精密齿轮和业密机床丝杆等。

氮化钢的合金化应考虑以下几点：8 Y d% |" M, `. j
（1）氮化前需进行调质处理。

氮化钢首先应是调质钢，即具有足够的淬透性。

铬、锰、钼是提高淬透性的有效元素。

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（2）为了使钢在氮化温度下（500～570℃）他长时间加热后仍能保持强度不变，向钢中加入钼和钒。

为了防止或减轻高温回火脆性，往往向钢中添加0.2％～0.5％Mo。

3 G8 F6 N1 （3）氮化时，渗入α相基体的氮原子同固溶于α相中的铬、钼、钨、钒、铝等元素结全，形成合金氮化物，呈细小颗粒，与α相基体保持共格、弥散分布，起沉淀化作用，使氮化层硬度提高，并能在氮化温度下长时间保持弥散状态和高硬度。

氮化钢中的合金元素主要有以下作用：提高氮的溶解度、形成高硬度的氮化物、提高基体强度。

氮化物形成元素Cr、Mo、Al，在渗氮温度中，与初生态的氮原子接触时，就生成稳定的氮化物。

其中Al是最强的氮化物元素，含有0.85～1.5%铝的渗氮结果最佳。

在含Cr的铬钢而言，如果有足够的含量，亦可得到很好的效果。

含铝的标准渗氮钢，在氮化处理后虽可得到很高的硬度及高耐磨的表层，但其硬化层亦很脆。

相反的，含铬的低合金钢硬度较低，但硬化层即比较有韧性，其表面亦有相当的耐磨性及耐束心性。

碳素钢氮化效果比较差,是因为缺少氮化物形成元素,氮化层很脆，容易脱落，不适合作为渗氮钢。

钢中的碳对渗氮的扩散有显著的阻抑作用，故随着碳含量的增加，渗氮层的深度将减小，其中氮浓度梯度却增大。

实际上，合金渗碳体和其它碳化物都不及铁的碳氮化合物稳定，因为钢中的碳参与了反应，由于用富碳的钢替代纯铁，使反应器中的甲烷分压降得很低，当辉光放电时间很长时，甲烷分压的作用就不可能明确的确定下来，因为ε层的增长与γ′层一样，是受时间限制的；ε层上碳的饱和，可能导致渗碳体沉积（不利于表面机械性能）。

实验表明，碳可溶于含氮的γ相，组成含碳氮的奥氏体；也可溶于ε相，组成含碳的氮化物Fe2~3（N、C）。

碳在ε相中的溶解度很高，在550~600°C气质可达3.4~3.8％C。

含碳的ε相具有较高的硬度、耐磨性和疲劳强度，并具有一定的韧性。

碳在α相及γ‘相中的溶解度极小，对组织及性能的影响极微。

碳钢渗氮时，渗碳体中也可以溶解氮，组成含氮渗碳体Fe3（C、N），在工件表面的渗碳体也会因氮的富化转变成秘排六方晶格的含碳氮化物Fe2~3（N、C）。

碳对α相或ε相中氮的扩散系数影响较大，钢的含碳量越高，氮的扩散系数越小。

这是因为钢种碳原子占据着铁素体的间隙位置，阻碍氮原子运动。