关于气体渗氮—氮碳共渗的若干问题讨论.PDFVIP

关于气体渗氮—氮碳共渗的若干问题讨论 孤鸿踏雪 济南汇九齿轮（集团）有限公司 摘要：本文对渗氮/氮化、氮碳共渗/软氮化等一些含混不清的基本概念、术语进行了考 证和辨析，讨论了渗氮—氮碳共渗件表面脆性的形成原因、表面高硬度的形成机理及白亮层 的相结构问题，阐述了氮势、氨分解率、炉压等因素对氮化质量的影响，提出了渗氮—氮碳 共渗件的质量检验标准问题。 关键词：渗氮/氮化 氮碳共渗/软氮化 长时氮化/短时氮化 脆性 渗氢 化合物层/ 白亮层 相结构 表面硬度 退氮 0 引言 在过去的中外文献上，碳氮共渗和氮碳共渗是不加区分而混为一谈的，而在过去的一些 翻译文献中又有长时氮化（～500℃，＞10h）和短时氮化（～570℃，＜10h）之分，却未见 软氮化之称谓。查阅新近文献［1］［4］，二者均有明确定义，不是一个概念；而且，按照新近文 献的定义（或者说是一种界定），软氮化就是氮碳共渗，氮化就是渗氮，也就是说软氮化不能 称为氮化。 但作者认为，这些定义还有一些含混不清的地方。直观理解这些定义，“氮化/渗氮” 与 “软氮化/氮碳共渗”的区别应关注一下三点： ①工艺时间问题。软氮化的时间较短，有的3～5h，1～4h，还有5～7h的等； ②渗入元素问题。凡是同时渗入C和N、且以渗氮为主的，应为氮碳共渗即软氮化，而 单纯渗入N的则应为渗氮或称为氮化； ③工艺温度有所不同。 1 基本概念的考证和辨析 众所周知：现在无论是短时渗氮还是长时渗氮，使用纯氨渗氮的已经不多，而添加弱渗 碳剂（如CO、CHOH、甲酰胺、尿素等）的“共渗”，大有“星星之火，可以燎原”之势。那2 3 么，仅仅从上述三点来理解这些定义和术语是远远不够的。起码，它就无法界定这样一个问 题，即：采用NH+CHOH做渗剂，以510℃×10h＋560℃×10h＋520℃×10h为设计工艺，那3 3 么它属于“渗氮/氮化”还是“氮碳共渗/软氮化”？ 其实，从现有文献的定义上看：“渗氮/氮化”与“氮碳共渗/软氮化”的主要区别有以下 几个关键点： ①从工艺时间上看，前者多用于时间大于10h的情况，而后者多用于3～5h的情况； ②从渗层深度看，前者的深度也应远大于后者，前者多用于层深大于0.50mm的工件； ③从工艺温度看，前者一般多在较低温度（如480～520℃）下进行，而后者多在570℃ 左右进行； ④从使用的渗剂及渗入元素上看，对普通气体氮化而言，前者多采用纯氨施渗，使工件 表面渗入单一的氮原子，而后者则使用的渗剂以氨为主，另添加弱的渗碳剂，渗入元素也是 以氮原子为主，同时渗入少许碳原子； ⑤从应用范围上看，前者主要用于氮化专用钢（如38CrMoAlA、38CrAlA、38CrWVAl等）， 而后者广泛用于低碳钢、低碳低合金结构钢、中碳钢、中碳低合金结构钢、高碳钢、工具钢、 模具钢等。 据了解，1923年德国克虏伯公司首先发明了气体渗氮。以氨为介质的气体渗氮，在零件 表面形成ε及γ′相组成的化合物层，这种化合物层有脆性，在冲击载荷作用下，容易剥落。 后来出现了盐浴渗氮和盐浴氮碳共渗。为了解决盐浴氮化的公害问题；自上世纪60年代以来， 发展了各种介质的气体氮碳共渗（技术），如：1970年美国Ipsen公司提出的氨气加吸热式 气氛（RX）的氮碳共渗（称之为Nitemper法）；1973年德国Aichelin公司发明了氨气加二 氧化碳的氮碳共渗工艺（称为Nitroc法）等等。 由此看来，所有的氮碳共渗工艺（技术）都是由最初的气体渗氮工艺衍生而来的，由渗 氮衍生而来的工艺方法实际上形成了一个庞杂的“工艺族”，后来发展起来的分段法还可以将 渗氮与氮碳共渗或其它元素共渗组合起来应用。例如，在同一温度下，前一段渗氮，末尾进 行氮碳共渗，也可先进行氧氮化，再转入渗氮；还有先在590℃以上渗氮，然后转入570℃进 行氮碳共渗等等。这就不难解释我们的GB/T11354—2005为什么将“渗氮”与“氮碳共渗” 糅合在一个标准里了。 由此看来，“渗氮/氮化”与“氮碳共渗软氮化”是血脉相连的，二者有千丝万缕的关系。 随着改革开放的深入发展，国外越来越多的氮化产品涌入国门，但由于中西语言的不同， 再加上翻译过程产生的偏差，使不少国内企业的技术人员对那些似是而非、含混不清的概念 和术语感到迷惘。作者每每接到这