钢的渗氮技术及检验

钢的渗氮技术及检验2013年7月目录渗氮基本原理氮化方法渗氮钢及预先热处理渗氮工艺及实践渗氮设备渗氮件的品质检验渗氮硬化层深度的测定和金相组织检验氮化常见问题分析渗氮基本原理渗氮定义：是在一定温度下一定介质中使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺。钢的渗氮通常在480~580℃进行，抗蚀渗氮或含钛2%以上的钢种的渗氮温度一般也不超过650℃.渗氮层表面硬度高而且表面处于压应力状态，能显著提高钢的耐磨性与疲劳强度，改善耐蚀性和抗擦伤性能。500℃以下长时间加热，渗氮层硬度可基本保持不变。渗氮的目的：是为了提高钢铁制件的表面硬度，耐磨性，疲劳性能及抗腐蚀性能。渗氮基本原理传统的气体渗氮是把工件放入密封容器中，通以流动的氨气并加热，保温较长时间后，氨气热分解产生活性氮原子，不断吸附到工件表面，并扩散渗入工件表层内，从而改变表层的化学成分和组织，获得优良的表面性能。如果在渗氮过程中同时渗入碳以促进氮的扩散，则称为氮碳共渗。常用的是气体渗氮和离子渗氮。氮化原理

零件经过氮化以后，它的表层组织由于氮的渗入而发生了变化。由铁氮系状态图中可知，其形成五种相，即α相、γ相、γ′相、ε相和ζ相。α相是氮在α-Ｆe中的间隙固溶体，α相在缓慢冷却过程中将析出γ′相。γ相是氮在γ-Fe中的间隙固溶体，即含氮奥氏体。缓冷时γ相发生共析反应，生成共析组织（α+γ′）。γ′相是有序面心立点阵的间隙相，存在于680℃以下。γ′相有较高的硬度（HV550）和韧性。ε相是含氮范围很宽的间隙相化合物，室温时含氮量为8.1-11.1%，成分近似于Fe2-3N。随着温度的降低，ε相中不断析出γ′相。ζ相是以密排六方点阵为化合物Fe2N为基的间隙固溶体，含氮在11.1-11.35%范围内，性脆、耐腐蚀。氮化层的组织习惯上都说成由白亮层、α＋γ′、α这三层组成。Fe-N状态图中的相氮化原理合金钢中氮化层的形成，氮不仅与铁发生作用，而且与合金元素也发生作用。如果在590℃以下进行氮化，氮首先溶入α-Fe中形成α相。当氮达到α-Fe的饱和浓度后，便与氮化物形成元素发生作用，按照氮与合金元素亲和力的强弱，依次形成氮化物。例如38CrMoAlA，先形成极为弥散的氮化铝，然后形成氮化钼，最后形成氮化铬。合金元素与氮的亲和力越大，所形成的氮化物越稳定，熔点、硬度也越高。氮化物的稳定性按下列次序降低，即Ti、Al、V、Nb、W、Mo、Cr、Mn、Fe的氮化物。氮化方法氮化工艺方法硬氮化：学名‘渗氮’，也有人称为常规氮化。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，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℃范围（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：软氮化实质上是以渗氮为主的低温碳氮共渗，钢的氮原子渗及的同时，还有少量的碳原子渗入，其处理结果与前述一般气体氮相比，渗层硬度较低，脆性较小，故称为软氮化。软氮化方法分为气体软氮化和液体软氮化两大类。氮化工艺方法软氮化常用的共渗介质有尿素、甲酰胺和三乙醇胺，它们在软氮化温度下发生热分解反应，产生活性碳、氮原子。活性碳、氮原子被工件表面吸收，通过扩散渗入工件表层，从而获得以氮为主的碳氮共渗层。气体软氮化温度常用560-570℃，因该温度下氮化层硬度值最高。氮化时间常为2-3小时，因为超过2.5小时，随时间延长，氮化层深度增加很慢。软氮化层组织和软氮化特点：钢经软氮化后，表面最外层可获得几微米至几十微米的白亮层，它是由ε相、γ`相和含氮的渗碳体Fe3（C，N）所组成，次层为0.3-0.4毫米的扩散层，它主要是由γ`相和ε相组成。软氮化具有以下特点：(1)处理温度低，时间短，工件变形小。(2)不受钢种限制，碳钢、低合金钢、工模具钢、不锈钢、铸铁及铁基粉未冶金材料均可进行软氮化处理。工件经软氮化后的表面硬度与氮化工艺及材料有关。（3）能显著地提高工件的疲劳极限、耐磨性和耐腐蚀性。在干摩擦条件下还具有抗擦伤和抗咬合等性能。氮化方法渗氮方法：气体渗氮液体渗氮固体渗氮离子渗氮。氮化方法气体氮化气体氮化系于1923年由德国AFry所发表，将工件置于炉内，利NH3气直接输进500～550℃的氮化炉内，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+3/2H2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于氮化之钢种，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，此乃在氮化温度长时间加热之间，发生回火脆性，故预先施以调质强韧化处理。NH3气体氮化，因为时间长表面粗糙，硬而较脆不易研磨，而且时间长不经济，用于塑胶射出形机的送料管及螺旋杆的氮化。液体氮化液体软氮化主要不同是在氮化层里之有Fe3Nε相，Fe4Nr相存在而不含Fe2Nξ相氮化物，ξ相化合物硬脆在氮化处理上是不良于韧性的氮化物，液体软氮化的方法是将被处理工件，先除锈，脱脂，预热后再置于氮化坩埚内，坩埚内是以TF–1为主盐剂，被加温到560～600℃处理数分至数小时，依工件所受外力负荷大小，而决定氮化层深度，在处理中，必须在坩埚底部通入一支空气管以一定量之空气氮化盐剂分解为CN或CNO，渗透扩散至工作表面，使工件表面最外层化合物8～9%wt的N及少量的C及扩散层，氮原子扩散入α–Fe基地中使钢件更具耐疲劳性，氮化期间由于CNO之分解消耗，所以不断要在6～8小时处理中化验盐剂成份，以便调整空气量或加入新的盐剂。液体软氮化处理用的材料为铁金属，氮化后的表面硬度以含有Al，Cr，Mo，Ti元素者硬度较高，而其含金量愈多而氮化深度愈浅，如炭素钢Hv350～650，不锈钢Hv1000～1200，氮化钢Hv800～1100。液体软氮化适用于耐磨及耐疲劳等汽车零件，缝衣机、照相机等如气缸套处理，气门阀处理、活塞筒处理及不易变形的模具处。采用液体软氮化的国家，西欧各国、美国、苏俄、日本。离子氮化此一方法为将一工件放置于氮化炉内，预先将炉内抽成真空达10-2～10-3Torr（㎜Hg）后导入N2气体或N2+H2之混合气体，调整炉内达1～10Torr，将炉体接上阳极，工件接上阴极，两极间通以数百伏之直流电压，此时炉内之N2气体则发生光辉放电成正离子，向工作表面移动，在瞬间阴极电压急剧下降，使正离子以高速冲向阴极表面，将动能转变为气能，使得工件表面温度得以上升，因氮离子的冲击后将工件表面打出Fe.C.O.等元素飞溅出来与氮离子结合成FeN，由此氮化铁逐渐被吸附在工件上而产生氮化作用，离子氮化在基本上是采用氮气，但若添加碳化氢系气体则可作离子软氮化处理，但一般统称离子氮化处理，工件表面氮气浓度可改变炉内充填的混合气体（N2+H2）的分压比调节得之，纯离子氮化时，在工作表面得单相的r′（Fe4N）组织含N量在5.7～6.1%wt，厚层在10μn以内，此化合物层强韧而非多孔质层，不易脱落，由于氮化铁不断的被工件吸附并扩散至内部，由表面至内部的组织即为FeN→Fe2N→Fe3N→Fe4N顺序变化，单相ε（Fe3N）含N量在5.7～11.0%wt，单相ξ（Fe2N）含N量在11.0～11.35%wt，离子氮化首先生成r相再添加碳化氢气系时使其变成ε相之化合物层与扩散层，由于扩散层的增加对疲劳强度的增加有很多助。而蚀性以ε相最佳。离子氮化处理温度可从350℃开始，由于考虑到材质及其相关机械性质的选用处理时间可由数分钟以致于长时间处理，本法与过去利用热分解化学反应氮化的处理法不同，本法系利用高离子能之故，过去认为难处理的不锈钢、钛、钴等材料也能简单的施以优秀的表面硬化处理。渗氮钢及预先热处理氮化钢的特点优点明显提高零件疲劳强度和耐磨性；具有对水、油等介质的耐腐蚀的能力；零件的变形量很小；氮化层在较高的温度仍能保持其硬度。

缺点生产周期长，成本高。渗氮钢及预先热处理氮化处理后的性能表面硬度要求高耐磨性的零件，表面硬度高达HV900～1000；仅要求高疲劳强度的零件，表面硬度可以为HV500～800。心部硬度在氮化处理前零件经受调质处理，零件硬度为HV200～300，为回火索氏体组织，经氮化处理后，心部还具有良好的综合机械性能。

渗氮钢及预先热处理氮化钢的合金化合金元素与钢的氮化工艺

氮化工艺的要求：氮化表面的高硬度；氮化表面的脆性满足要求；获得足够深的氮化层深度；尽可能缩短氮化时间。氮化钢的硬度和耐磨性主要取决于合金氮化物的数量、大小、种类和分布。但是由于钢中含有一定量的C，因而氮化时总是形成碳氮化合物相。渗氮钢及预先热处理不同氮化钢的氮化层深度与硬度的关系

渗氮钢及预先热处理合金元素对氮化层深度和表面硬度的影响渗氮钢及预先热处理钢的淬透性和淬火工艺

氮化钢在氮化以前要进行调质处理，因此就必须考虑钢的淬透性和其它淬火工艺性能。

铝是非碳化物形成元素，铝的存在并不增加钢中碳化物的溶解温度；铬、钼是增大钢的淬透性重要的元素；钛、铌、钒等强碳化物形成元素存在时，需要提高淬火温度，使含钛、铌、钒的碳化物溶于奥氏体中，增大钢的淬透性。要使氮化过程中扩散进入α相的氮原子能与钒、钼、铬、铝等原子形成超细微的氮化物，对α相基体起有效的硬化作用，那么，在调质处理淬火时，首先要使这些元素较多地溶入奥氏体，淬火成马氏体时使这些元素被保留在马氏体中。渗氮钢及预先热处理合金元素与回火

铬、钼、钒元素溶入马氏体中时，分别能使钢在400～500℃、500～600℃、550～650℃回火时保持高的强度。钼可使钢在510～580℃氮化长期保温和随后炉冷时，不致产生回火脆化。类别牌号碳素结构钢08（F）、10、15、20、45、60合金结构钢20MnV、20SiMn2MoV、25SiMn2MoV、37SiMn2MoV、15MnVB、20MnVB、40MnVB、20SiMnVB、15Cr、20Cr、30Cr、35Cr、40Cr、15CrMo、38CrSi、20CrMo、30CrMo、35CrMo、42CrMo、12CrMoV、35CrMoV、25Cr2MoVA、20Cr3MoWVA、38CrMoAl、20CrV、40CrV、50CrVA、15CrMn、20CrMn、40CrMn、20CrMnSi、25CrMnSi、30CrMnSi、30CrMoAl、30CrMnAl、30CrMnSiA、20CrMnMo、40CrMnMo、20CrMnTi、30CrMnTi、12Cr2Ni4、20Cr2Ni4、20CrNiMo、40CrNiMoA、45CrNiMoVA、18Cr2Ni4WA、25Cr2Ni4WA不锈耐酸钢耐热钢1Cr17、1Cr13、2Cr13、7Cr17、1Cr18Ni9、0Cr17Ni7Al、1Cr5Mo、1Cr13Mo、4Cr9Si2、4Cr14NI14W2Mo合金工具钢Cr12、Cr12MoV、Cr6WV、5CrMnMo、5CrNiMo、3Cr2W8V、4Cr5MoSiV1、4Cr5MoSiV高速工具钢W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2球墨铸铁QT600-3、QT700-2钛合金TA2、TA4、TA7氮化钢种常用渗氮钢

常用的合金钢结构有40Cr、35CrMo、42CrMo、40CrNiMo、34CrNiMo38CrMoAl、25Cr2MoV、31CrMoV9合金工具钢有H13、Cr12、Cr12MoV1、W28Cr4V渗氮前的预先热处理为了保证渗氮零件心部具有必要的力学性能（也称机械性能），消除内应力，提高渗氮效果良好的原始组织和减少尺寸变化，零件渗氮前必须进行不同的预先热处理。氮化工艺参数对预先热处理工艺的要求预先热处理中最后一道工序的加热温度至少要比渗氮温度高10℃（一般高20~40℃）。否则，零件在氮化过程中其心部组织及力学性能将发生变化，零件的变形量将无法控制。精度高的零件在粗磨前后应进行1~2次去应力退火，处理温度必须高于渗氮温度，通常以高出30℃左右为宜。去应力退火可显著减少渗氮后的变形和尺寸变化。常用的预先热处理工艺常用的预先热处理工艺有调质、淬火+回火、正火及退火。调质是结构钢常用的预先热处理工艺，调质的回火温度至少要比渗氮温度高10℃（一般高20~40℃）。回火温度越高，工件硬度越低，基体组织中的碳化物弥散度愈小，渗氮时氮原子易渗入，渗氮层厚度也愈厚，但渗层硬度也愈低。因此，回火温度应根据对基体性能和渗层性能的要求综合确定。调质后理想的组织是细小均匀分布的索氏体组织，不允许存在粗大的索氏体组织，也不允许有较多的游离铁素体存在。渗氮前的预先热处理常用的预先热处理工艺调质引起的脱碳对渗层脆性和硬度影响很大，所以调质前的工件应留有足够的加工余量，以保证机械加工时能将脱碳层全部切除。对渗氮后要求变形很小的工件，在精加工前（如精磨）还应进行一次或多次稳定化处理，处理温度应低于调质温度而高于渗氮温度。调质后，若工件的硬度或金相组织不合格，允许返工。工、模具钢渗氮前的预先热处理一般采用淬火+回火处理。不锈钢渗氮前的预先热处理一般采用淬火+回火，目的是为了消除加工应力和改善组织。对硬度要求不高的工件可采用退火处理。奥氏体不锈钢通常采用固溶处理。正火预先热处理只适用于对心部强度和韧性要求不高的渗氮件，正火时冷却速度不宜过慢。尺寸较大的零件不宜采用正火处理，因正火时过慢的冷却速度会产生粗大组织，渗氮后表面硬度低且不均匀。正火后不合格的工件允许返工。球铁的预先热处理多采用正火处理。退火处理在钛合金中运用较多，结构钢中极少采用退火处理。38CrMoAl钢不允许采用退火处理，否则渗层组织结构中易出现针壮氮化物。对于经过变形（如冲压、锻造、机加工等）的零件，应进行去应力退火处理，以减小渗氮变形。还需要说明的是，细小的原始组织比粗大的原始组织渗氮后有更高的表面硬度及良好的硬度梯度，因此，正火时冷却速度不易过慢，调质时回火温度不应过高，保温时间不应太长。截面尺寸大的零件不易用正火态，而应调质处理。总之，采用何种预先热处理工艺，应依据工件的使用性能综合确定。渗氮工艺及实践合金结构钢工艺路线

一般渗氮结构钢零件的加工工艺路线是毛坯锻造-正火或退火-切削加工-调质处理-精加工-渗氮。调质处理的淬火加热温度对渗氮件质量有很大影响，淬火加热温度过高，奥氏体晶粒粗大，使渗氮层出现脉状组织，出现网状氮化物。淬火时的冷却速度对调质后的组织有重要影响，大块游离铁素体,贝氏体的出现既影响调质后的机械性能，也显著影响渗氮层的氮化物形态。此外，调质处理的回火温度对渗氮速度和渗氮层的表面硬度也有明显的影响。渗氮工艺及实践结构钢的气体渗氮工艺气体渗氮的工艺参数主要有渗氮温度，气氛的氮势和渗氮时间。参数的确定应根据零件的使用性能对渗氮层所提出的渗层组织结构性能要求根据所用材料及渗氮规律来确定。同时还应根据所用的渗氮设备，零件对渗氮后变形的要求，以及经济性等因素来综合制定。常规渗氮工艺等温渗氮工艺（一段渗氮法）它是在同一渗氮温度下，长时间保温的渗氮方法。通常在490-510℃渗氮，渗氮变形小，可获得最高的渗层硬度，但渗速较慢，渗氮时间较长。典型工艺如图5所示

。这种工艺适用于变形要求严格，硬度要求高的零件。

图5

渗氮工艺及实践二段渗氮

第一段渗氮温度和氮势与等温渗氮相同，目的是形成弥散度大的细小的沉淀硬化产物（混合偏聚区），然后再升温到550℃降低氮势继续渗氮，以加速氮在钢中的扩散，加深渗氮层的深度，从而显著缩短总的渗氮时间，使渗氮层的硬度分布趋于平缓，工艺曲线图如图6所示

图6

二段渗氮后，渗氮层硬度稍有下降，变形有所增加。适用于对渗层要求深的零件。3.3.2渗氮工艺及实践三段渗氮法三段渗氮法的工艺规程如下图所示。零件先在510℃左右低温渗氮，使表层形成弥散度高的氮化物并使表层氮含量达到较高值。第二阶段升温到560~570℃。同时提高氨分解率，使氮原子以较大速率充分向内扩散，形成较厚的渗氮层。第三阶段基本上与第一阶段相同，目的是提高表面氮含量和硬度。这种工艺是将第二阶段的温度适当提高，以加快渗氮过程，同时增加较低温度的第三阶段，以弥补因第二阶段氮的扩散快而使表面氮浓度过低，保证表面含氮量以提高表面硬度。三段式渗氮能进一步提高渗氮速度，显著缩短生产周期，但硬度比一般渗氮工艺低，脆性、变形等比一般渗氮工艺略大。渗氮工艺及实践循环两段渗氮新工艺所谓“循环两段”渗氮是指进行2~4个周期较短的二段渗氮循环。工艺曲线如右图所示。渗氮初期采用较低的氨分解率和较低的渗氮温度，使零件表面氮含量提高，气氛与零件表面逐渐达到吸收与扩散的亚平衡。升高温度，加大氨分解率，目的提高氮的扩散系数，强化氮在渗层中的扩散。持续6h后，零件表面氮含量降低。此时渗层增长速率极小，不宜再延长保温时间。于是进入第二循环第一阶段，即降低温度和氨分解率，恢复高渗氮势。并逐渐达到新的亚稳平衡。随后又适时提高温度与氨分解率。如此循环，就能充分利用强渗与扩散的高速（高效率）阶段。渗氮工艺及实践可控渗氮工艺常规渗氮方法所用的氮势太高，范围也太宽，常形成较厚的白层及大量脉状氮化物，脆性增大，为此需要正确控制渗氮层的含氮量，对氮势进行精确控制。

定值可控渗氮工艺在渗氮过程中氮势控制值不变，参照氮势门槛值选择氮势的控制值，能够按要求控制表面化合物层的厚度，或获得无白层的渗氮层。典型工艺：液压泵锭子，材料38CrMoAl,技术要求：深层：0.4-0.6mm表面硬度900Hv0.3脆性1-2级白亮层≤0.006mm。分段可控渗氮：在渗氮初期采用与普通渗氮相当的高氮势，

由氮势门槛值曲线判断在高氮势下开始出现

化合物层的时间，并在此时间之前将氮势力

降低到与渗氮总时间对应的氮势门槛值，

如右图所示，这样可以获得无白层的

渗氮组织。渗氮工艺及实践应用实例1：材料42CrM.A调质处理后硬度为HV0.3337.渗氮设备为某公司罩式氮化炉，某国外公司多功能氮控仪，通过氢探头进行测量和控制。使用分段式可控渗氮工艺，工艺参数如下：360℃x45’预氮化；450℃x2h氮气置换；500℃x60’KN=0.7；530℃x40hKN=0.35上中下六个式样的检验结果如下：（NO：215炉）表3：42CrMo530℃可控渗氮试验数据：试样编号式样位置表面硬度HV10心部硬度HV0.3深层mm白层mm脆性氮化物2-1上左625HV103370.390222-4上右6283420.410222-2中左6333190.470232-5中右6303300.410222-3下左6353360.410222-6下右6133410.42022渗氮工艺及实践试验结果表明：6个试样的表面硬度平均为630.5，上偏差4.5，下偏差5.5，硬度均匀良好，6个试样的平均层深=0.419mm，上偏差0.051mm，下偏差0.029mm，渗层均匀性良好，疏松和脆性均≤2级，氮化物除一个为3级，其余均为2级符合要求，氮化物的级别还同其他因素有关，6个试样均无白层说明530℃，40h时氮势门槛值在0.35以上。应用实例2：材料38CrMoAl,调质处理后在某公司精密井式渗氮炉中内进行可控渗氮处理，用氢探头和氮控仪测量和控制，渗氮工艺如下：540℃KN=0.76x2h+540℃KN=0.20x70实验结果如下：无白层，深层0.48mm，渗层氮化物2级，硬度达到要求。

氮化设备——热处理炉的分类分类原则炉型热源电阻炉、燃料炉、煤气炉、油炉、煤炉工作温度高、中、低温炉炉膛形式箱、井、罩、管、贯通、转底式炉工艺用途退、淬、回火炉、渗碳、氮炉、实验炉作业方式间歇、连续、脉动式炉使用介质空气、火焰、可控气氛、盐、油、铅浴炉、真空炉机械形式台车、推杆、输送带、滚、振、升降底、步进式炉可控气氛多用炉生产线箱式可控回火炉

箱式可控气氛多用炉网带式可控气氛多用炉

高温型可控气氛多用炉

多用炉生产线由加热炉、清洗机、回火炉、推拉车、准备台、完成台、中继台、电控柜、滴注灌、深冷炉等设备根据用户需要及产量需求可布置成各种不同组合的生产线井式气体渗碳炉炉炉盖升降机排气滴注器井式电阻箱式炉门炉膛炉壳炉门升降机构连续式热处理炉氮化炉RN2-25-6氮化炉

渗氮设备渗氮设备有井式炉、密封箱式炉、罩式炉、底装料立式炉、预真空渗氮炉等，可根据工件的大小、形状技术要求、材料等综合考虑后选用。这里不准备介绍每个炉子结构特点，只谈炉子设计制造安装调试等方面的一些共性技术。对渗氮炉的基本要求：最高使用温度一般为700℃，渗氮常用工艺温度为480-580℃这里规定为700℃是考虑在使用过程中渗氮炉内构件“老化”氨气消耗大增，必须对炉内构件进行退氮处理，退氮一般为650-680℃，2-5小时。炉温均匀性及控温精度渗氮炉内有效加热区的温度均匀性应按GB/T9452的规定测定。均匀性和控温精度应达到表4要求：渗氮设备表4渗氮炉炉温均匀性和控温精度要求（不大于）单位为℃

工件类别炉温均匀性控温精度重要件±3±1一般件±5±1

为了达到±3℃的炉温均匀性，在炉体结构、循环风机和导风装置、温度控制方法等方面应精心设计，并应精心安装，精心调试，否则是很难达到的。渗氮设备影响渗氮均匀性的因素主要有以下方面：温度均匀性炉内气流速度的均匀性，这同炉子结构设计特别是导风装置如风机、导流装置、风机转速、导风桶与马弗的间距等有关。气氛和气氛控制装置：气氛必须使用氨气﹢氨高温分解气，并经过质量流量计（MFC）进行调节和控制。炉子的密封性和炉压气氛系统氨气进气管应设置干燥装置，去除水分，水分含量≤0.1%；同时得让氨气充分气化，压力稳定严防液氨进入供气系统，损坏FMC。进气系统包括氨气、氨分解气、CO2、N2等气体组成的供气管道及相应装置。每一种气体进气管路上都应放置截止阀、减压稳压阀、压力计、流量计等。流量计规格与工艺实际用量相匹配。管路内必须清洁干净、密封良好。不得有泄漏现象。排气系统应保证排气通畅，排出废气采取措施达标不得污染环境。排气量应能自动控制，以控制炉压可调和稳定。纯铁渗氮层的组织和性能纯铁渗氮层的组织结构应该根据Fe－N状态图及扩散条件来进行分析．例如在520℃渗氮时，若表面氮原子能充分吸收，则按状态图自表面至中心依次为§相→γ’相→α相．渗层组织自表面至中心变成§→§＋γ’→γ’→γ’＋α→α相。下图为10钢650℃气体渗氮45分钟后以不同方式冷却的渗层显微组织．其中，a)为随炉冷却，其渗层组织最表面为抗腐蚀的化合物层(§相)，其次为最不耐蚀的区域，为γ’＋α的混合物区(包括共析层)；b)为渗氮后空冷组织，由于抑制了γ→γ’＋α的共析转变，故没有易腐蚀的区域，而由含氮奥氏体和含氮马氏体所代替；c)为油冷，其渗层组织与空冷类似随炉冷却空冷油冷渗氮层的组织、结构和性能渗氮层相组成物的基本特点

相本质及化学成分晶体结构含氮量%主要性能α含氮在铁素体（溶有合金元素的α铁）中的固溶体体心立方590℃时最大0.11%，室温仅0.004%具有铁磁性，硬度高于基体

γ含氮奥氏体面心立方650℃达10.3%仅在共析点以上存在γ’以Fe4N为基的含N固溶体（Fe4N)面心立方N:5.30%-5.75%有铁磁性，硬度高，脆性小ε以Fe2-3N为基的含N固溶体（Fe2-3N)密排六方N：4.55%-11%铁磁相，硬度较高，脆性不大，耐蚀性较好ξ以Fe2N氮化物为基的固溶体Fe2N氮原子有序排列协方点阵N：11.07%-11.18%脆性大渗氮层的组织、结构和性能渗氮层的性能渗层硬度梯度和耐磨性渗氮层的高硬度是由于表层形成了硬度高的弥散氮化物，其耐磨性比淬火的高合金钢和渗碳钢高0.5~3倍。渗氮层的抗疲劳性能由于表面压应力和弥散析出的氮化物阻碍晶体滑移，疲劳强度显著提高，但渗层过厚则疲劳强度下降。渗氮层的耐蚀性当ε相层厚度大于15μm、且致密区大于ε相层厚度的50%时，在自来水、潮湿空气，弱碱性溶液和某些气体燃烧产物中有较好的耐蚀性。此外，还具有一定的抗气蚀性能。渗氮件品质检验原始组织渗氮层中氮化物检验疏松渗层脆性渗氮件的质量检验原始组织对调质钢渗氮前原始组织级别按索氏体中游离铁素体数量分为5级原始组织的检测方法及要求原始组织在渗氮处理以前进行检验（对大件可在表面2mm深度范围内检查），在显微镜下放大500倍，参照原始组织级别图进行评定，一般零件1-3级为合格，重要零件1~2级为合格。渗氮工件的工作面不允许有脱碳层或粗大的索氏体组织。渗氮前原始组织级别图1级2级3级4级渗氮前原始组织级别图5级氮化物检查：渗氮层中氮化物级别按扩散层中氮化物的形态、数量和分布情况分为5级，见下图和表1级2级3级4级氮化物中氮化物级别图1级2级氮化物检查级别氮化物级别说明1扩散层中有极少量呈脉状分布的氮化物2扩散层中有少量呈脉状分布的氮化物3扩散层中有较多呈脉状分布的氮化物4扩散层中有严重脉状和少量断纹网状分布的氮化物5扩散层中有连续纹网状分布的氮化物5级扩散层中氮化物在显微镜下放大500倍进行检验，取其组织最差的部位，参照渗氮层氮化物级别图进行评定。一般零件1-3级为合格，重要零件1-2级为合格。渗氮层疏松检查渗氮层疏松级别按表面化合物层内微孔的形状、数量、密集程度分为5级渗氮层疏松的检测方法及技术要求渗氮层疏松在显微镜下放大500倍检验。取其疏松最严重的部位，参照渗氮层疏松级别图进行评定，一般零件1.3级为合格，重要零件1-2级为合格。经氮碳共渗处理的零件，必须进行疏松检验。渗氮层疏松级别图1级2级3级4级渗氮层疏松级别图级别渗氮层疏松级别说明1化合物层致密，表面无微孔2化合物层较致密，表面有少量细点状微孔3化合物层微孔密集成点状孔隙，由表及里逐渐减少4微孔占化合物层2/3以上厚度，部分微孔聚集分布5微孔占化合物层3/4以上厚度，部分孔洞密集分布5级渗氮层脆性检验渗氮层脆性检验一般采用维氏硬度计，试验力10公斤，试验力的加载必须缓慢（在5-9S内完成），试验力加载完成后必须停留5-10S，然后卸载试验力，特殊情况也可采用5KG或者30KG试验力。维氏硬度压痕在显微放大100倍下进行检查，每件至少测3点，其中两点以上处于相同级别时，才能定级。否则需重新检验。渗氮层脆性应在零件工作部位或随炉试样的表面上检测，一般零件为1-3级为合格，重要零件1-2级为合格，对于渗氮后留有磨痕的零件，也可在磨去加工余量后的表面上进行测定经气体渗氮后的零件，必须进行检验。渗氮层脆性检验渗氮层脆性级别按维氏硬度压痕边缘碎裂程度分为5级级别渗氮层脆性级别说明1压痕边角完整无缺2压痕一边或一角碎裂3压痕二边或二角碎裂4压痕三边或三角碎裂5压痕四边或四角碎裂渗氮件质量检验以提高耐磨，抗疲劳性能为主的渗氮件的质量检验渗层深度的测定方法渗氮层深度的常用测量方法有断口法、硬度梯度法和金相法断口法是将带缺口的试样打断，根据渗氮层组织较细（呈瓷状断口）而心部组织较粗的特征，用放大25倍左右的放大镜进行测量。硬度梯度法是将试样作成10*10*60的长方体，渗氮后磨出一个斜度，以便将渗层放大，然后再测量硬度梯度。金相法是在显微镜下对与零件材质相同并同炉处理的试样进行检测。通常用2~4%硝酸酒精溶液或3~4%苦酸酒精溶液浸蚀以显现氮化层。此法测至最深处γ′针为终点，无法量出αN区的厚度，故测得渗层深度比硬度梯度法浅渗氮层硬度的测定方法渗氮层硬度可用维氏、表面洛氏或显微硬度计测量渗氮层脆性的测定方法可用HV5或HV10压痕评级。金相组织合格的渗氮层组织不应有网状氮化物、连续波纹状（脉状）以及鱼骨状氮化物。渗氮后不再磨加工的零件，应检测ε相层厚度，为防止脆性偏大，其厚度≤30μm尺寸变化和变形问题：

渗氮件的尺寸因体积膨胀而略微胀大。变形量远较渗碳、淬火件小。径向尺寸增量约为0.5μm/mm。经过调质并在精磨前充分消除应力的工件，不仅变形微小，尺寸变化也小。渗氮后需精磨的零件，最大磨削量不得超过0.15mm，最好少于0.1mm渗氮件质量检验抗蚀渗氮件的质量检验（耐蚀性检查）硫酸铜水溶液浸渍或液滴法将试样浸入6~10%CuSO4水溶液中，持续1~2min后无铜的沉淀则质量合格。赤血盐——氯化钠水溶液浸渍或液滴法取10gK3Fe(CN)6、20gNaCl溶于1L蒸馏水，渗氮试件浸入水溶液中历时1~2min无兰色印迹即合格。渗氮层硬度及厚度检测方法

渗氮层深度