钢的碳氮共渗5-4

1、5.4钢的碳氮共渗1：定义：在钢的表面同时渗入碳和氮的化学热处理工艺称为碳氮共渗。2：氰化：碳氮共渗可以在气体介质中进行，也可在液体介质中进行因为液体介质的主要成分是氰盐，故液体碳氮共渗又称为氰化。3：目的：对低碳结构钢、中碳结构钢以及不锈钢等，为了提高其表面硬度、耐磨性及疲劳强度， 进行 820850碳氮共渗。 中碳调质钢在570 600温度进行碳渗共渗，可提高其耐磨性及疲劳强度， 而高速钢在 550560碳氮共渗的目的是进一步提高其表面硬度、 耐磨性及热稳定性4：软氮化：根据共渗温度不同，可以把碳氮共渗分为高温(900 950 )、中温 (700 880 )及低温三种。其中低温碳氮共渗，最

2、初在中碳钢中应用，主要是提高其耐磨性及疲劳强度，而硬度提高不多 (在碳素钢中 )，故又谓之软氮化。一、碳和氮同时在钢中扩散的特点同时在钢中渗入碳和氮，如前所述，至少已是三元状态图的问题，故应以状态图为依据。 但目前还很不完善， 还不能完全根据三元状态图来进行讨论。述一些 C、 N 二元共渗的一些特点。Fe-N-C 三元在这里重要讲1 共渗温度不同，共渗层中碳氮含量不同。氮含量随着共渗温度的提高而降低，而碳含量则起先增加，至一定温度后反而降低。渗剂增碳能力不同，达到最大碳含量的温度也不同。2 碳、氮共渗时碳氮元素相互对钢中溶解度及扩散深度有影响。由于N 使 y 相区扩大，且 Ac3 点下降，因而

3、能使钢在更低的温度增碳。 氮渗入浓度过高， 在表面形成碳氮化合物相，因而氮又障碍着碳的扩散。碳降低氮在、 相中的扩散系数，所以碳减缓氮的扩散。3 碳氮共渗过程中碳对氮的吸附有影响碳氮共渗过程可分成两个阶段：第一阶段共渗时间较短 (1 3小时 )，碳和氮在钢中的渗入情况相同；若延长共渗时间，出现第二阶段，此时碳继续渗入而氮不仅不从介质中吸收，反而使渗层表面部分氮原子进入到气体介质中去，表面脱氮，分析证明，这时共渗介质成分有变化，可见是由于氮和碳在钢中相互作用的结果。二：中温气体碳氮共渗1 中温气体碳氮共渗的优点与气体渗碳相比有如下优点：(1) 可以在较低温度下及在同样时间内获得同样渗层深度，或在

4、处理温度相同悄况下，共渗速度较快。(2) 碳氮共渗在工件表面、炉壁和发热体上不析出碳黑；(3) 处理后零件的耐磨性比渗碳的高；(4) 工件扭曲变形小。2 共渗介质目前常用的有两大类：(1） 含 2 10氨气的渗碳气体(其余 )( 体积 )；(2) 含碳氮的有机液体。第一类可用于连续式作业炉，也可用于周期式作业炉。在用周期式作业炉进行碳氮共渗时，除了可引入普通渗碳气体外，也可象滴注式气体渗碳一样滴人液体渗碳剂，如煤油、苯，丙酮等。 第二种介质主要用于滴注法气体碳氮共渗常用介质为三乙醇胺在三乙醇胺中溶人20左右尿素3共渗温度及时间在渗剂一定情况下， 共渗温度与时间对渗层的组织结构影响规律已如前述。

5、 在具体生产条件下应该根据零件工作条件、 使用性能要求及渗层组织结构与性能的关系， 在按前述规律确定中温气体碳氮共渗工件的使用状态和渗碳淬火相近， 亍般都是共渗后直接淬火。 因此，尽管氮的渗入能降低临界点， 但考虑心部强度， 一般共渗温度仍选在该种钢的且 Ac3 点以上，接近于点 Ac3 的温度但温度过高，渗层中氮含量急剧降低，其渗层与渗碳相近，且温度提高，工件变形增大， 因此失去碳氮共渗的意义。一般碳氮共渗温度根据钢种及使用性能，选在820 880之间。4碳氮共渗后的热处理碳氮共碳氮共渗比渗碳温度低， 一般共渗后都采用直接淬火 因为氮的渗入， 使过冷奥氏体稳定性提高， 故可采用冷却能力较弱的

6、淬火介质， 但应考虑心部材料的淬透性。 碳氮共渗后采用低温回火5碳氮共渗层的组织与性能碳氮共渗层的组织取决于共渗层中碳、 氮浓度， 钢种及共渗温度。 一般中温碳氮共渗层淬火组织， 表面为马氏体基底上弥散分布的碳氮化合物， 向里为马氏体加残余奥氏体， 残余奥氏体量较多， 马氏体为高碳马氏体； 再往里残续奥氏体量减少， 马氏体也逐渐由高碳马氏体过渡到低碳马氏体 共渗层中碳氮含量强烈地影响渗层组织。 碳氮含量过高时， 渗层表面会出现密集粗大条块状碳氮化合物，使渗层变脆图 5 49所示 20Cr2Ni4A 钢碳氮共渗后， 渗层形成密集， 粗大碳氮化合物的金相组织种组织使共渗后的齿轮出现掉角现象 (图

7、5-50) 。这5-49碳氮共渗层中粗大碳氮化合物550掉角的共渗齿轮渗层中含氮量过高， 表面会出现空洞， 在未腐蚀金相试样上能清楚地看到这种缺陷，如图 5-51所示。5 5120Cr2Ni4A 钢碳氮共渗后出现的空洞出现空洞的原因一般的解释为：由于渗层中含氮量过高，在碳氮共渗过程时间较长时，由于碳浓度增高， 发生氮化物分解及脱氮过程， 原子氮变成分子氮而形成空洞。 一般渗层中含氮量超过 50时，容易出现这种现象。 渗层中含氮量过低， 使渗层过冷奥氏体稳定性降低，淬火后在渗层中会出现屈氏体网，因此，渗层含碳量不应低于0.1。三、氮碳共渗 (软氮化 )如前所述，软氮化最早是由低温氰化发展起来的。

8、发现结构钢在 30 45 NaCN 或 30 35 KCNO 溶盐中于 570氰化 13小时后快冷，可以得到表面硬度 HVS00 800，深 0.15mm 的氮化层。这样，抗擦伤性能，疲劳强度和耐磨性大为提高。这种处理方法具有普通气体渗氮的优点，但处理时间短，而且表面形成的相 (含碳 ) 层韧性好，适用于碳素钢、合金钢，铸铁及粉末冶金材料，因而获得迅速的发展。但是，由于氰盐有毒，对操作者很不安全， 为了克服这一缺点，根据软氮化的本质是低温氮碳共渗这一前提，发展了各种方法的气体氮碳共渗。 目前该种方法已广泛地用于楔具，量具， 刀具以及耐磨、承受弯曲疲劳的零件中。1氮碳共渗的组织和性能与钢的渗氮不

9、同，氮碳共渗在渗氮同时还有碳的渗入。但是由于温度低，碳在。相中的溶解度仅为氮在 Fe 中溶解度的 1/20。因此，扩散速度很慢，结果在表面很快形成极细小的渗碳体质点， 作为碳氮化合物的结晶中心，促使表面很快形成及层。根据 Fe-C-N状态图，可能出现的相仍为、和相但碳在e 相中有很大的溶解度，而在相和则极小。三元相中软氮化的渗层组织一般表面为自亮层，又称化合物层，其主要为 相，视碳、氮含量不向，尚有少量 相和 Fe3C。试验表明，单一的 相具有最佳的韧性。在化合物层以内则为扩散层， 这一层组织和普通渗氮相同， 主要是氮的扩散层。 因此，扩散层的性能也和普通气体渗氮相同，若为具有氮化物形成元素的

10、钢，则软氮化后可以显著提高硬度。化合物层的性能与碳氮含量有很大关系。 含碳量过高， 虽然硬度较高， 但接近于渗碳体性能，脆性增加；含碳量低，含氮量高，则趋向于纯氮相的性能，不仅硬度降低，脆性也反而提高。因此，应该根据钢种及使用性能要求，控制合适的碳，氮含量。氮碳共渗后应该快冷，以获得过饱和的。固溶体，造成表面残余压应力，可显著提高疲劳强度。氮碳共渗后，表面形成的化合物层也可显著提高抗腐蚀性能。2 氮碳共渗的工艺参数(1) 介质连续式作业炉一般采用吸热式气氛和氨气的混合气体积比1：1为最佳，此时碳含量适宜，因而有最好的性能。 在周期式作业炉中所采用的介质种类较多我国常用的有尿素、甲酰胺、三乙醇胺，以及醇类加氨气等。采用不同的介质，共渗层中碳、氮含量则有所不同，将对共渗层性能有影响，应该根据试验来确定