氮化处理资料整理文档格式.docx

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3、提高工件抗腐蚀能力，由于氮化使工件表面形成一层致密的、化学稳定性较高的ε相层，在水蒸气中及碱性溶液中具有高的抗腐蚀性，此种氮化法又简单又经济，可以代替镀锌、发蓝，以及其它化学镀层处理。

此外，有些模具经过氮化，不但可以提高耐磨性和抗腐性，还能减少模具与零件的粘合现象，延长模具的工作寿命。

优点：

优异的耐磨性、耐疲劳性，耐蚀性及耐高温的特性，表面改性显著，且处理前后尺寸变化小，能保持制件的精度。

以提高耐磨性、抗疲劳性能为目的的渗氮通常在500～570℃进行；

以提高耐蚀性为目的的渗氮温度也不高于650℃。

实际应用：

钻头、螺丝攻、挤压模、压铸模、鍜压机用鍜造模、螺桿、连桿、曲轴、吸气及排气活门及齿轮凸轮等均有使用。

（大概耐到什么程度）

缺点：

氮化的零件其氮化层一般比较浅（浅浅的一层），为0.04mm左右，再深就比较困难<

太脆>

，故一般氮化零件不能承受重载荷。

适用材料：

主要用于合金钢类，铸铁，碳钢，合金钢，不锈钢，钛合金。

关于硬氮化和软氮化：

硬氮化：

又名渗氮，也称常规氮化，渗入钢表面的是单一“氮”元素。

渗入钢表面的是单一的‘氮’元素，在方法上有气体法和离子法等。

对于结构零件通常选用的钢种为含铬、钼、钛、铝等合金元素的专用钢（下有解释渗氮钢），也有在其它钢种上进行渗氮的，例如不锈钢、模具钢等。

渗氮处理的温度通常在480～540℃围（既要保持工件的心部的调质硬度又要使渗氮层的硬度达到要求值），处理的时间按照要求深度不同，一般为15～70小时，甚至更长。

渗氮的着眼点是希望获得较深厚度（0.1～0.65mm,也有要求更深一些的）具有高硬度的呈弥散状的合金氮化物层（即扩散层），对于出现外表层的化合物层（白亮层）则希望尽可能的浅簿，甚至希望没有。

软氮化：

学名‘氮碳共渗’（液体氮化），早期把联（俄罗斯）的液体法翻译为‘低温氰化’。

现在国流行的有气体法、无（低）毒液体法和离子法。

渗入钢表面的元素以‘氮’为主，同时添加了‘碳’。

碳的加入使表面化合物层（白亮层）的形成和性能得到某些甚至是明显的改善。

这里要强调一下，和渗氮不同的地方是：

氮碳共渗的着眼点是希望获得一定厚度（一般为10～20μm，也有要求20μm以上的，目前实验室里据称在碳素钢上曾经达到的厚度为110μm）硬度高、脆性小、没有或很少疏松等性能优良的白亮层，至于次表面的扩散层，按照钢种和使用要求不同虽然有时需要作某些调整，但处于次要地位了。

氮碳共渗的适用广泛，几乎覆盖所有常用钢种和铸铁。

以碳素钢为例，按照氮碳共渗处理的温度分为铁索体氮碳共渗（520～590℃）和奥氏体氮碳共渗（600～720℃），处理的时间一般为2～6小时，前者获得的白亮层为铁氮化合物，后者快冷后在铁氮化合物层的下面还有一层含氮奥氏体＋马氏体层（5～12μm）。

为了增强和改善白亮层的性能，我国的热处理工作者还采用了在渗氮的同时又单独或组合添加硼、氧、硫、稀土等元素，做了大量的工作，并且大都不同程度的取得看得出来的效果。

这种探索，至今方兴未艾，是热处理工作者孜孜以求的热点之一。

液体氮化又名软氮化

两者的比较

‘软氮化’含义不是指获得的硬度比所谓的‘硬氮化’的硬度低，而是含有简便、省事、费用低的意思。

硬氮化表面白层不可避免地出现ε多相化合物层（Fe2--3N），脆性大，所以氮化后需将此层磨削去掉

软氮化表面的多相化合物白层中没有硬氮化白层中高脆性的Fe2N。

通常白层中的Fe3N与Fe4N约占80%、碳化物约占20%。

该化合物白层即为抗磨层。

所以软氮化必须获得一定白亮层才算合格。

两者氮化的用处

一般氮化应用于载荷大，接触疲劳相对要求高的工件，强调深层深度。

而软氮化的作用就是渗速快，一般用于载荷小的工件，渗层要求浅。

氮化用钢简介 

氮化钢在氮化处理中的作用？

传统的合金钢料中之铝、铬、钒及钼元素对渗氮甚有帮助。

这些元素在渗氮温度中，与初生态的氮原子接触时，就生成安定的氮化物。

尤其是钼元素，不仅作为生成氮化物元素，亦作为降低在渗氮温度时所发生的脆性。

其他合金钢中的元素，如镍、铜、硅、锰等，对渗氮特性并无多大的帮助。

一般而言，如果钢料中含有一种或多种的氮化物生成元素，氮化后的效果比较良好。

其中铝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。

一般常用的渗氮钢有六种如下：

（1）含铝元素的低合金钢（标准渗氮钢） 

（2）含铬元素的中碳低合金钢SAE4100，4300，5100，6100，8600，8700，9800系。

（3）热作模具钢（含约5％之铬）SAEH11（SKD–61）H12，H13 

（4）肥粒铁及麻田散铁系不锈钢 

SAE400系 

（5）奥斯田铁系不锈钢 

SAE300系 

（6）析出硬化型不锈钢 

17-4PH，17–7PH，A–286等 

含铝的标准渗氮钢，在氮化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。

因此选用材料时，宜注意材料之特微，充分利用其优点，符合零件之功能。

至于工具钢如H11（SKD61）D2（SKD–11），即有高表面硬度及高心部强度。

以抗磨损、抗疲劳为主的渗氮件常用含0.15％～0.45％C的合金结构钢；

用量最大的是含0.25％～0.40％c的铬钼铝钢、铬钼钢、铬镍钼钢、铬镍钨钢。

以抗大气、雨水、水蒸气等介质腐蚀为主的渗氮件则常用低碳钢和中碳钢。

模具钢、高速工具钢与不锈钢工件亦可采用渗氮作为提高耐用度的手段。

表中列出部分常用渗氮钢的钢号及主要性能和用除．

部分常用渗氮钢的钢号、主要性能和用途

类别

钢号

渗氮后性能

用 

途

低碳钢

08、10、15、20、A3、08AI、30

抗大气与水等的腐蚀

螺栓、螺母、销钉、把手

中碳钢

40、45、40Mrt、45Mn、

耐磨、抗疲劳

轴和中、轻载齿轮

中碳合金钢

38CrMoAlA、38Cr2MoAlA、35CrMo、35（NiMo、42CrMo、40crNiMo、30Cr3WA、50CrVA、38CrWVAlA

耐磨，抗疲劳性优良，可承受重载荷

坦克、飞机、大型机床的主轴、

镗杆、重载齿轮、丝杠、缸套

模具钢

Cr12MoV、Cr12Mo、4Cr5MoV1Si，3Cr2W8V、5CrNiMo 

5CrMnMo

耐磨、抗热疲劳与冲击疲劳、型腔温度低于600℃保持高硬度

冲模、拉伸模、压铸模、挤压模

高速钢

W6M05cr4V2

耐磨及红硬性优良

高速钢刀具

不锈钢等高合金钢

1Cr13、2Cr13、1Crl8Ni9Ti、1Crl8Ni9、25Crl8Ni8W2、45Crl4Nn4W2Mo、1Crl7Nil3M02Nb、3Cr19Ni9MoWNbTi

耐磨性、红硬性及高温强度优良，600℃以下长期工作，多种介质中耐腐蚀

纺纱机走丝槽、泵轴、叶轮、阀

杆、腐蚀介质中工作的齿轮

氮化处理技术流程：

调质后的零件，在渗氮处理前须澈底清洗乾净，兹将包括清洗的渗氮工作程序分述如下：

（1）渗氮前的零件表面清洗 

大部分零件，可以使用气体去油法去油后立刻渗氮。

但在渗氮前之最后加工方法若采用抛光、研磨、磨光等，即可能产生阻碍渗氮的表面层，致使渗氮后，氮化层不均匀或发生弯曲等缺陷。

此时宜采用下列二种方法之一去除表面层。

第一种方法在渗氮前首先以气体去油。

然后使用氧化铝粉将表面作abrassivecleaning。

第二种方法即将表面加以磷酸皮膜处理（phosphatecoating）。

（2）渗氮炉的排除空气 

将被处理零件置于渗氮炉中，并将炉盖密封后即可加热，但加热至150℃以前须作炉排除空气工作。

排除炉的主要功用是防止氨气分解时与空气接触而发生爆炸性气体，及防止被处理物及支架的表面氧化。

其所使用的气体即有氨气及氮气二种。

排除炉空气的要领如下：

（1）被处理零件装妥后将炉盖封好，开始通无水氨气，其流量尽量可能多。

（2）将加热炉之自动温度控制设定在150℃并开始加热（注意炉温不能高於150℃）。

（3）炉中之空气排除至10％以下，或排出之气体含90％以上之NH3时，再将炉温升高至渗氮温度。

（3）氨的分解率 

渗氮是铺及其他合金元素与初生态的氮接触而进行，但初生态氮的产生，即因氨气与加热中的钢料接触时钢料本身成为触媒而促进氨之分解。

虽然在各种分解率的氨气下，皆可渗氮，但一般皆采用15～30％的分解率，并按渗氮所需厚度至少保持4～10小时，处理温度即保持在520℃左右。

（4）冷却 

大部份的工业用渗氮炉皆具有热交换机，以期在渗氮工作完成后加以急速冷却加热炉及被处理零件。

即渗氮完成后，将加热电源关闭，使炉温降低约50℃，然后将氨的流量增加一倍后开始启开热交换机。

此时须注意观察接在排气管上玻璃瓶中，是否有气泡溢出，以确认炉之正压。

等候导入炉中的氨气安定后，即可减少氨的流量至保持炉中正压为止。

当炉温下降至150℃以下时，即使用前面所述之排除炉气体法，导入空气或氮气后方可启开炉盖。

氮化处理的分类

应用最广泛的是气体渗氮，其次为离子渗氮，盐浴渗氮（不包括兼有渗碳作用的氮碳共渗）和固体渗氮用户极少。

气体渗氮

气体氮化系於1923年由德国AFry所发表，气体氮化是将工件放入一个密封空间，通入氨气，加热到500-580℃保温几个小时到几十个小时。

将工件置於炉，利NH3气直接输进500～550℃的氮化炉，保持20～100小时，使NH3气分解为原子状态的（N）气与（H）气而进行渗氮处理，在使钢的表面产生耐磨、耐腐蚀之化合物层为主要目的，其厚度约为0.02～0.2m／m，其性质极硬Hv1000～1200，又极脆，NH3之分解率视流量的大小与温度的高低而有所改变，流量愈大则分解度愈低，流量愈小则分解率愈高，温度愈高分解率愈高，温度愈低分解率亦愈低，NH3气在570℃时经热分解如下：

NH3→〔N〕Fe+2/3H2 

从而炉就有大量活性氮原子，活性氮原子[N]被钢表面吸收，并向部扩散，从而形成了氮化层。

经分解出来的N，随而扩散进入钢的表面形成。

相的Fe2-3N气体渗氮，一般缺点为硬化层薄而氮化处理时间长

气体氮化因分解NH3进行渗氮效率低，故一般均固定选用适用於氮化之钢种，如含有Al，Cr，Mo等氮化元素，否则氮化几无法进行，一般使用有JIS、SACM1新JIS、SACM645及SKD61以强韧化处理又称调质因Al，Cr，Mo等皆为提高变态点温度之元素，故淬火温度高，回火温度亦较普通之构造用合金钢高，此乃在氮化温度长