﹝一﹞ 钢的渗氮

　　渗氮是把氮渗入钢件的表面，形成富氮硬化层的化学热处理过程。

　　在工业生产中，常用的工艺方法有：气体渗氮、盐浴渗氮和离子渗氮。

　　1.渗氮工艺的特点

　　﹝1﹞渗氮后的零件表面具有高的硬度、耐磨性、疲劳强度和低的缺口敏感性。

　　﹝2﹞渗氮温度较低，一般在500-600℃，而且，渗氮层的高硬度可以由渗氮直接得到，不需要经过较高温度的加热和淬火。所以，渗氮工艺的变形是小的，常常作为零件的最后一道工序。

　　﹝3﹞渗氮层有较高的抗腐蚀性能。

　　2.渗氮工艺的化学过程

　　渗氮和其他化学热处理工艺一样，也是由分解、吸收、扩散三个基本过程组成的。

　　﹝1﹞分解

　　渗氮介质﹝通常为氨气﹞通过热分解或其他方法，生成活性氮原子。

　　﹝2﹞吸收

　　钢表面吸收氮原子，形成氮在铁中的固溶体和氮化物。

　　﹝3﹞扩散

　　氮从表面高浓度的饱和层向钢内层深处进行扩散，形成一定深度的渗氮层。

　　3.渗氮层的组织

　　根据Fe-N状态图，渗氮层主要由α、γ、γ，、ε四个相组成。

　　﹝1﹞α相

　　氮在α-Fe中的间隙固溶体。大溶解度为0.1%。

　　﹝2﹞γ相

　　氮在γ-Fe中的间隙固溶体。

　　﹝3﹞γ，相

　　为一可变成分的间隙相化合物，含氮量在5.7-6.1%之间，成分符合Fe4-N。

　　﹝4﹞ε相

　　是含氮量变化范围相当宽的化合物，成分在8.25-11.0%之间变化。ε相硬度高，脆性大。

　　4.合金元素的作用

　　碳钢和合金钢中由于碳和合金元素的作用，也影响渗氮层的形成。

　　碳的存在会使氮的扩散受阻，减小渗氮层的厚度。

　　钢中大部分合金元素都能形成氮化物，按氮化物的稳定性﹝稳定性越高，硬度也越高﹞次序排列依次为：Ti、Al、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe。所以，为了在表面得到高的硬度和耐磨性，向钢中加入能与氮形成稳定氮化物的合金元素。同时，V、W、Mo、Cr等合金元素还能改善钢的组织，提高心部的强韧性。

　　合金元素也会使氮的扩散受阻，减小渗氮层的厚度。

　　﹝二﹞ 离子渗氮工艺原理

　　离子渗氮渗氮层的形成也是由分解、吸收、扩散三个基本过程组成的。但是，由于辉光放电的作用，其机理有所不同。

　　在真空炉体内，工件接阴极，炉体接阳极，在阴阳极间施加数百伏的直流电压，产生辉光放电，使含氮的稀薄气体﹝如氨气﹞电离，形成等离子体。N+、H+离子在阴极位降区被加速，轰击阴极表面，使阴极表面活化，并发生一系列反应。首先，离子轰击动能转化为热能，加热工件。其次，离子轰击打出电子，产生二次电子发射，同时，由于阴极溅射作用，工件表面的C、O、Fe等原子被轰击出来，Fe与阴极附近的活性N原子﹝或N离子﹞结合形成FeN沉积在阴极表面，依次分解：FeN→Fe2N→Fe3N→Fe4N，并同时产生活性N原子，由于阴极由表及里的高N浓度差，活性N原子在一定温度下，向心部扩散形成渗氮层。