中文--滲氮和氮碳共滲DIN17022-4

1、鐵素體材料的熱處理第4部分：滲碳和氮碳共滲處理DINh70224ICS 25.200warmebehandbng von E)sen,werkstoffen - Vertahren der warmeoeeiandlung - Ted 4: Mtneren unotrocartiuneren 本標準與目前國際標準化組織所出版的通用標準一致，標準中通篇使用逗號來表示小數(shù)點。目錄頁數(shù)前者 21 范圍22 參考標準23 概念24 方法原理24.1 滲氮24.2 氮碳共滲25 滲氮和氮碳共滲的目的26 熱處理條件的識別37 程序37.1 預處理和準備37.2 熱處理溫度47.3 滲氮57.4 氮碳共滲

2、77.5 冷卻/淬火77.6 二次處理78熱處理介質(zhì)78.1 滲氮媒介78.2 氮碳共滲媒介88.3 冷卻劑和淬火劑89滲氮和氮碳共滲891對表面結(jié)構(gòu)的影響89.2 對硬度的影響109.3 對形狀和尺寸的影響1110熱處理設(shè)備1110.1 總則1110.2 滲氮和氮碳共滲設(shè)備1110.3冷卻和淬火裝置1211滲氮和氮碳共滲產(chǎn)品的測試1212校正1213熱處理設(shè)計1214熱處理產(chǎn)品中的缺陷13參考文獻16第2頁共16頁本文件通過DINSprachendiensl.翻譯而來.如對內(nèi)容有所強宓.應(yīng)參考本文件的最初附本鎊ift版.前言此標準由材料技術(shù)標準委員會編制。1 .范圍此標準描述了熱處理滲氮法和

3、氮碳共滲法，專門介紹了軋鋼、鑄鋼、鑄鐵或鋼粉壓制品 的熱處理滲氮法和氮碳共滲法。2 .參考標準本標準包括有標注日期的參考標準和沒有標注日期的參考標準，以及以前出版的其他參 考標準。本標準所引用的這些規(guī)范參考標準附在本文的特定位置，這些參考標準的標題列在 下文中。對于有標注日期的參考標準，在有增補版和修訂版的情況下，只采用該標準中增補 或修訂版的標準。而對于沒有注明日期的參考標準，采用參考最新的公布版本。DIN 6773,鐵索體材料的熱處理熱處理零件和圖紙標識及涵義DIN 17014-3鐵索體材料的熱處理一一熱處理工序的代表符號DIN 17022-1鐵素體材料的熱處理一一淬硬和回火DIN 170

4、22-2鐵索體材料的熱處理一一熱處理方法-硬化和回火的工具DIN 17023鐵素體材料的熱處理一一熱處理工序表格一一定單（WBA）DIN 17052熱處理爐一一有關(guān)均勻溫度的要求DIN 17211滲氮鋼一一技術(shù)處理規(guī)范DIN 50133 *氏統(tǒng)度測火一HV 0.2 to HV 100DIN 50190-3滲氮后熱處理零件的有效滲銳深度的確定DIN EN 10052鐵素體產(chǎn)品的熱處理術(shù)語的詞匯ISO4516:1980金屈鍍層和相關(guān)鍍層-維氏（Vickers）微硬度測試和努氏（Knoop）微硬度測試 ISO/DIS 4516： 1999金屬鍍層和相關(guān)鍍層-維氏微硬度測試和努氏微硬度測試3 .概念為

5、了便于使用本標準，將熱處理術(shù)語列在DIN EN 10052中4 .方法原理4.1 滲氮滲氮是將氮滲入到鐵素體產(chǎn)品的表層，雖然，離子滲氮表層主要成分是氮，但在標準大 氣壓下，通常的氮成分中存有氨。所以，熱處理操作時的溫度要低于氮鐵共析體的溫度， 最好是在480C和550之間，并且持續(xù)處理若干小時至幾天。通常在完成整個處理后，將 產(chǎn)品放在氣態(tài)介質(zhì)，或液體介質(zhì)中冷卻至室溫。如果滲氮劑中含有氧，此過程就稱為氮氧共滲，如果存在硫，就稱其為氮硫共滲。滲氮處理主要用于鐵合金產(chǎn)品。4.2 氮碳共滲氮碳共滲是將氮和碳導入到鐵產(chǎn)品的表層。雖然也可以使用離子體，但是多數(shù)處理介質(zhì) 是使用鹽浴、氣蒸或噴粉。此熱處理操作

6、的溫度最好在570C和580C之間，并要持續(xù)幾分 鐘到幾個小時。在完成整個處理過程以后，將產(chǎn)品放在氣態(tài)介質(zhì)中冷卻，或在液態(tài)中淬火, 此過程稱之為熟化。如果氮碳共滲介質(zhì)中含有氧，則此過程稱為氧基碳氮共滲，而如果氮碳共滲介質(zhì)中含有 硫，則稱為硫化共滲。氮碳共滲用來處理鐵合金產(chǎn)品和非鐵合金產(chǎn)品。5 .滲氮和氮碳共滲的目的滲氮和氮碳共滲用來增強鐵制品的疲勞強度和抗腐蝕性能。滲氮主要用于合金鋼，尤其 用在DIN17211中規(guī)定的所謂滲氮鋼中，其生成的堅硬表面，在增強產(chǎn)品抗疲勞強度的同時, 還具有耐磨損性，抵抗由于粘附磨粒和滾動損傷所引起的不良后果。經(jīng)過氮碳共滲的產(chǎn)品化合物表層富含氮和碳，可降低摩擦系數(shù)，

7、使之耐磨損和抗腐蝕。6 .熱處理條件的識別按照DIN6773中的規(guī)定，要在圖紙中標出熱處理條件。所進行的滲氮或氮碳共滲工序，要使用DIN 17023中規(guī)定的“WBA”格式，或執(zhí)行“熱處 理計劃”（WBP）中規(guī)定。使用DIN170143標準中表述熱處理方法的符號。7 .程序7.1 預處理和準備為確保實現(xiàn)滿意的表面狀況，應(yīng)對產(chǎn)品進行預處理，并作好準備工作。確保殘余應(yīng)力不 影響熱處理過程，另外，為達到理想的熱處理效果，應(yīng)作局部熱處理。7.1.1 預處理711.1應(yīng)力釋放如有殘余應(yīng)力（加工所致），在熱處理過程中會使產(chǎn)品變形，建議在高于處理溫度30C 時進行應(yīng)力釋放。雖然，為應(yīng)付任何意想不到的全部消除變

8、化（例如：脫碳）對表層的影響, 應(yīng)留有足夠大的余量，但是，還要通過隨后的加工，來矯正任何應(yīng)力釋放導致的變形。應(yīng)力釋放的溫度應(yīng)接近于材料熱處理時的轉(zhuǎn)換溫度Acl,但又不能超過它。對產(chǎn)品進行 淬火和回火時，為了保持強度，此時轉(zhuǎn)換溫度Acl應(yīng)低于回火溫度，這樣在加熱階段就無 需超過三十分鐘的保溫時間。應(yīng)緩慢操作加熱和冷卻，以避免形成新的殘余應(yīng)力。如果再結(jié)晶會導致出現(xiàn)晶粒粗大的風險，那么，冷加工產(chǎn)品就不進行應(yīng)力釋放，但要正 火處理。7.1.1.2 正火可以通過正火釋放未處理產(chǎn)品的殘余應(yīng)力，同時轉(zhuǎn)換顯微組織。如此作法可以避免關(guān)鍵 區(qū)域的晶粒粗大。應(yīng)選取鋼廠的技術(shù)規(guī)范或其它標準文件中的正火參數(shù)（溫度、持續(xù)

9、時間和冷卻）。7.1.1.3 淬火和回火為了得到理想強度的產(chǎn)品，有必要在滲氮和氮碳共滲處理前對產(chǎn)品進行淬火和回火。淬 火和回火程序參見DIN 17022-1中和DIN 17022-2中的相關(guān)規(guī)程。回火溫度應(yīng)比滲氮和氮碳共滲溫度高約30o值得注意的是，回火溫度和時間影響著 外形硬度。為了確保在淬火和回火期間產(chǎn)品表而表層（脫碳或氧化）所發(fā)生的任何變化不會對隨后 的處理過程產(chǎn)生負面影響，應(yīng)在下一步處理之前，對產(chǎn)品表面進行加工。可以預測經(jīng)過數(shù)小時的滲氮或氮碳共滲處理后，在產(chǎn)品心部達到的硬度和強度將取決于 材料的耐回火特性。7.1.2準備車削或切除殘余物（例如，氧化層和殘余的冷卻潤滑劑、清潔劑或防腐劑）

10、，因為它們 會極大地妨礙氮的吸收，尤其在進行氣態(tài)滲氮或氮碳共滲時，它們的影響更大。另外，碎屑、 毛刺、鐵銹、水垢和非鐵金屬會改變鹽浴液的化學成分，從而阻礙它們的效用。因此，在進 行滲氮或氮碳共滲處理之前，需要根據(jù)表而臟污程度和要求的質(zhì)量等級，先對產(chǎn)品徹底清潔 或另外處理。清潔處理后，要烘干各產(chǎn)品和其夾具。清洗之前，要卸除塞孔或螺紋孔中的螺栓和螺釘。出于安全考慮，內(nèi)有中空密封間隔的 零件不能進行滲氮或氮碳共滲處理。7.1.2.1 清洗清潔產(chǎn)品時，不但要將所有的表而殘余物清洗掉（例如：冷卻潤滑劑、防腐劑、水垢、 鐵銹、著色劑或助熔劑），而且還要將附著的碎屑、滾軋皮或鑄造皮去掉。清洗的方法包括 沖洗

11、、修整（去毛刺）、浸泡和氧化等。滲碳和氮碳共滲處理7.1.2.1.1 清洗一般情況下，用加有適宜清潔劑的熱水清洗產(chǎn)品。為確保表而完全潔凈，可能需要在 清洗之前進行表面水-噴丸清理或超聲波清理。清洗之后，要使產(chǎn)品徹底涼干。因為這時把它們放入爐內(nèi)，其上面的任何一點水分都 會在加熱過程中導致壓力升高。此外，未充分干燥的產(chǎn)品會在進行碳氮共滲時引起鹽浴中噴 發(fā)的風險。7.1.2.1 . 2 修邊可用噴丸、化學處理或熱清理等修邊方法清除加工時出現(xiàn)的毛刺。注意，熱修邊工藝 會使產(chǎn)品表面氧化，而化學工藝又致使材料與電解溶液發(fā)生反應(yīng)，因此，這兩種工藝都會阻 礙氮的吸收。在清除附著碎屑時，應(yīng)對產(chǎn)品進行退磁處理。7

12、.1.2.13 噴丸清理可用含有適宜清潔劑的干或濕兩種噴丸去除毛刺、鱗皮，以及軋制、鍛造或鑄造表皮、 著色劑和殘留助熔劑。為了避免降低氮的吸收，在噴丸清理之后，應(yīng)完全清除噴丸介質(zhì)。 7.1.2.1.4 酸洗在滲氮之前，有必要激活合金鋼制品的表面。酸洗，尤其是氣體滲氮之前的酸洗，已證 明特別有用。離子滲氮或離子碳氮共滲之前的濺蝕與之有類似的效果。酸洗適合清除銹蝕、 軋制、鍛造或鑄造表皮。需要注意的是，由于酸洗殘余物會引起銹蝕，因此必須完全清除它們。此外，過度酸洗會致 使表層出現(xiàn)凹點。7.1.2.14 5預氧化已在某些情況中證明，在氣體滲氮破氮共滲之前，局部表面的氧化很有用。這樣就能用 熱處理的方

13、法清潔表面，同時還能激活表而，從而提高滲氮能力。在非合金鋼或低合金鋼中， 推薦的氧化溫度為300C,而高合金鋼中的溫度為400至500o7.1.2.2 局部滲氮/碳氮共滲的準備如果產(chǎn)品的特定區(qū)域不需要滲氮或碳氮共滲處理，則處理方式為：- 包含加工余量，之后將其去除- 利用保護層（如：膠，電鍍銅、銀或錫鍍層）將之覆蓋。如果在鹽浴中進行碳氮共滲，只 可使用銀鍍層。- 給規(guī)定區(qū)域加裝保護套（如：在軸端上加裝軸套），這樣處理時只對離子滲氮或離子碳氮共 滲體區(qū)有效。在處理過程中，未暴露區(qū)域只能經(jīng)受熱量變化。暴露區(qū)域和未暴露區(qū)域之間過渡區(qū)的寬度取決于表面保護措施和所使用的滲氮或碳氮共滲 方法。由于即使僅僅

14、是擰緊一下氮化的螺釘或螺栓，它們也會斷裂，因此，應(yīng)避免螺紋經(jīng)受 滲氮/碳氮共滲處理。7.1.2.3 產(chǎn)品安排應(yīng)按下列方法安排產(chǎn)品處理- 所有需要處理的區(qū)域都要暴露在處理媒介中，- （在離子滲氮/碳氮共滲中）處理的密度要適合于處理參數(shù)，而且- （淬火時）所有需要淬火的區(qū)域都要均勻地暴露在淬火介質(zhì)中，并且保證恰當?shù)慕橘|(zhì)流量。 大塊材料不能壘放過高或擺放過密。如果需要，則使用媒介物隔柵，分別處理各產(chǎn)品，或者 保持產(chǎn)品在媒介物中移動，或者使媒介物運動，以確保它們循環(huán)。產(chǎn)品之間應(yīng)為線接觸，必須避免全表而接觸。除離子處理情況以外，可以忽略一般的點接觸 影響。應(yīng)按既不受自身重量變形，又不會因壓在它們上面的東

15、西而變形的包裝方式包裝產(chǎn)品。7.2熱處理溫度圖1示出隨時間變化而發(fā)生在設(shè)計簡單的產(chǎn)品心部和表面的溫度變化情況，這些產(chǎn)品或 多或少都是均勻的橫截面。當橫截而變化很大時，每個橫截而的時間-溫度變化曲線也都不 同。Nitriding or nitrocarburizing temperaturePreheating timeEqualizationTotal heatinq time<pn-e<pdlu 一Surface滲氮/碳氮共滲溫度表面/心部預加熱時間保溫時間 應(yīng)力消除總加熱時間圖1滲氮/碳氮共滲過程中熱處理變化示意圖在第一熱循環(huán)部分階段，產(chǎn)品的心部和表而溫度都會有變化。該溫度差與

16、產(chǎn)品的截面尺寸和 加熱率成正比，與材料的熱導率成反比。因為巨大的溫差會產(chǎn)生殘余應(yīng)力，這將造成大型產(chǎn) 品扭曲變形，使產(chǎn)品呈現(xiàn)不同的橫截面，特別是那些合金鋼鋼，尤為變形厲害。所以，應(yīng)緩 慢加熱或分階段加熱這些產(chǎn)品。圖2給出推薦的圓形截而產(chǎn)品的總加熱時間。產(chǎn)品直徑，mm在氣體中加熱至600C在氣體中加熱至500C在鹽浴中加熱至570c 圖2加熱時間與產(chǎn)品直徑的函數(shù)關(guān)系7.3滲氮進行滲氮處理的溫度在450至600范|制內(nèi)，產(chǎn)品與含氮介質(zhì)接觸時，優(yōu)先選用的溫度 為480c到55OC之間。根據(jù)產(chǎn)品材料和處理介質(zhì)中的氮含量，溫度超過580時，表層將 變成奧氏體。利用級氣完成氣體滲氮，紈氣在產(chǎn)品表而分解，起到

17、催化劑的作用。產(chǎn)生的氮原子一部分 被產(chǎn)品表而吸收，剩余的另一部分作為氮分子，成為爐內(nèi)氣氛的一部分。在內(nèi)爐壁和支架上 的紈氣再分解，溶入產(chǎn)品中。方程式（1）描述了它們的反應(yīng)狀況，而且是兩倍的額氣體積。 NH3=N+3/2H2（1）溫度、氣體供應(yīng)率、壓力和產(chǎn)品表面積都會影響疑、氫和氮的含量。因此，滲氮效果隨 氣體成分（例如，通過向混合氣體中添加氮或氫氣改變它們）變化而變化。如同氮氧處理那 樣，通過添加氧或空氣也能調(diào)整這些效果。可用上述變化因素實現(xiàn)爐內(nèi)氣氛成分的特性，并達到工藝控制的目的。最簡單的方法是 測量爐內(nèi)氣氛中氨氣含量，從而確定分解度。在此，可考慮選取2倍的氣體體積值。方程式（2）給出實際分

18、解度a,（按百分比計）。100 - NH& measui'ed . goa=1 0° 十 NHg measured（ 2）如果爐內(nèi)加入額外的氫或氮氣，則在確定分解度時，也要考慮在內(nèi)。但是，包含量和分解度還不足以描述滲氮效果的特性，為此，通常還要使用滲氮系數(shù)K* 如式3所示，該系數(shù)由推導氨的分解度得出，用爐內(nèi)氣氛中級的局部壓力與氫的局部壓力之 間的比率表示。見方程（3）：由于滲氮效果的增加與Kn成正比，因此，后者可用來影響給定溫度和壓力下滲氮層的 成分和結(jié)構(gòu)。借助于Lehrer相位圖可以完成該項工作（見圖3）。圖3- E« Lehrer中的鐵-氮相位圖可以取變

19、量或常量Kn值來操作滲碳處理。例如，在一個二階段加工次序中，從高Kn 值開始滲碳，然后經(jīng)過特定時間段后，通過調(diào)整大氣成分來減少K、值。例如，可用該工序 來控制化合物表層的厚度。在等離子滲碳中，以氮作為處理介質(zhì)。此處，產(chǎn)品與陰極連接，熔爐壁與陽極連接。排 空爐內(nèi)壓力，使之少于lOmbar,然后，通過給定安培的連續(xù)性或間歇性直流電使陽極與陰 極之間產(chǎn)生勢差，從而創(chuàng)造出電離氮分子的等離子體區(qū)，所釋放出來的氮離子被產(chǎn)品表面所 吸附?；旌蠚怏w中的氮氣供應(yīng)量取決于氮與氫之比率。氮含量越高導致Kn值越高。7.4 氮碳共滲在57OC-58（TC溫度范圍之間進行氮碳共滲，與產(chǎn)品接觸的介質(zhì)中大多數(shù)含量為氮，其 中

20、也包含一些碳。當溫度超過580時，表層可能變?yōu)閵W氏體，這取決于產(chǎn)品材料和熱處理 介質(zhì)的氮含量。正如滲碳一樣，采用氣體碳氮共滲時可測得頷含量，并確定Kn值。為了獲得 Kn值，除了知道皴含量以外，還必須知道氫含量，這是由于在添加諸如一氧化碳或二氧化 碳的碳源時，氣體中還存在其它成分。氮碳共滲當量的Kn值不同于氣體氮化的K*而且，在氮碳共滲過程，G值一般不變化。 事實上，不能以碳的水準（如滲碳）作為計量碳供應(yīng)量的函數(shù)，并控制它。反而，可采用不 同碳含量的混合氣體，來影響氮碳共滲的效果。碳源的數(shù)量和類型決定了化合物表層的構(gòu)成。 在鹽浴中采用殂酸鹽作為氮、碳源。等離子體氮碳共滲時，通常會添加甲烷作為碳源

21、。7.5 冷卻/淬火一旦達到理想的有效淬火深度（參照條款9.2）或化合物層厚度時，要將產(chǎn)品冷卻至室溫。 經(jīng)過氣體等離子滲碳后，多在常態(tài)氣氛中完成冷卻，然而，在氮碳共滲后，需根據(jù)產(chǎn)品材料、 熱處理介質(zhì)，以及所用設(shè)備來選擇其他氣體、油、水或鹽浴作為冷卻介質(zhì)。為了獲得優(yōu)選的抗疲勞強度，有必要采用含有或無含添加劑的水或油快速冷卻非合金鋼產(chǎn) 品（即：淬火）。正如試驗所示，氮碳共滲后，在氧化劑中淬火的產(chǎn)品能極大的增加其耐腐蝕性。7.6 二次處理為了優(yōu)化產(chǎn)品材料或表面狀況，經(jīng)滲碳/氮碳共滲后，還要再次對其進行處理。7.6.1 熟化通過熟化氮碳共滲的非合金材料制品，可以調(diào)整氮溶解的狀態(tài),在改進產(chǎn)品可塑性的同時

22、, 降低其疲勞強度。正緣于此，需要將氮碳共滲產(chǎn)品淬火至室溫，再加熱至120。（2至300 之間溫度范圍，隨后保持該溫度約1小時。在此保溫時間之后，將工件以任一冷卻速率再次 冷卻至室溫。7.6.2 二次氧化試驗實例顯示，將在水蒸氣中氧化滲氮或氮碳共滲的鍛件，再放入350。（2至550。12溫 度范圍之間的適宜氣體或鹽浴中，可增加化合物表層的耐腐蝕性。8熱處理介質(zhì)8.1 滲氮介質(zhì)氨與氨氣是最適宜的氮源。雖然分離氨氣時會產(chǎn)生氮，但是，同時氮也會揮發(fā)一些，所以，當用氮氣作為唯一熱處理介 質(zhì)來源時，就必須在低于標準壓力的條件下對其進行電離，從而阻斷其分子轉(zhuǎn)變?yōu)榭杀粨]發(fā) 掉的原子，在標準壓力時，氮或惰性氣

23、體（如：75 % （V/V） N2+ 25%（V/V） H2）可以減少氨含量，降低 Kn值和氮供應(yīng)量，而氣體中氧含量會增加Kn值。8.2 氮碳共滲介質(zhì)8.2.1 鹽浴目前，在鈦或銀熔爐中只采用氯酸鹽基鹽浴作為氮碳共滲的介質(zhì)。通過添加回熱爐，可以從碳酸鹽中回收制酸鹽。8.2.2 氣體介質(zhì)用于氣體氮碳共滲的主要成分是經(jīng)，而在等離子處理工序時氮是主要成分。在這兩種情 況下，要以一氧化碳、二氧化碳、碳氫化合物、吸熱型一氧化碳氣體或放熱型二氧化碳氣體, 以及其它適宜介質(zhì)的形式來添加碳。8.3 冷卻和淬火介質(zhì)根據(jù)所用設(shè)備，決定選用氣體或液體冷卻，以及淬火介質(zhì)。根據(jù)產(chǎn)品形狀、材料制成的模式、可變塑性和要求的

24、磨損特性來選擇介質(zhì)。需將產(chǎn)品均勻地暴露于冷卻介質(zhì)中，冷卻的效果在很大程度上會受介質(zhì)流量和溫度的影響。8.3.1 液體冷卻介質(zhì)最常見的介質(zhì)包括含有或無含添加劑的水、油或鹽浴。無添加劑的水溫度不得高于25C, 而含有添加劑的水溫要達到70C。需要注意的是：含有聚合物添加劑的水冷卻速率要比無 含添加劑的水冷卻速率低。通常，在溫度到達80C時才選用油，而溫度達到350C至400C 之間時選用鹽浴。快速冷卻（淬火）采用含水介質(zhì)和油。8.3.2 氣體冷卻介質(zhì)采用靜止氣冷或強壓氣冷時，可用氮或氨作為氣體冷卻介質(zhì)。如果許可產(chǎn)品褪色，亦可僅采 用空氣冷卻。氣體滲氮后，通常采用氮或氨氣冷卻，而氮碳共滲后還可采用油

25、冷卻。雖然，通過升壓或加 大流量可增加氣體冷卻效果，但是，相對于液體冷卻，其效果還是低。9滲氮和氮碳共滲的效果9.1 表面組織效果滲碳和氮碳共滲對以下特征有效：-原材料合金元素、擴散元素（NorN + C）和任何存在的其他元素的濃度輪廓；- 厚度、組織結(jié)構(gòu)和化合物表層的相位；- 擴散區(qū)域的構(gòu)造和深度；- 硬度和硬度輪廓；- 殘余應(yīng)力輪廓?？捎玫獫舛确植驾喞獊砻枋霰韺拥缓康姆秶ㄔ斠妶D4和5實例）。經(jīng)過無阻礙氮吸收 后，以下因素將會決定其變化曲線走勢。- 材料成分，特別是氮化合金元素的類型和濃度；- 材料的原始狀況；-Kn值或包的解離度；- 滲氮/氮碳共滲溫度；- 滲氮/氮碳共滲工序的持續(xù)時

26、間；- 所選的冷卻/淬火工序。在實際操作中，滲碳/氮碳共滲會在表面產(chǎn)生氮濃縮物，從而在僅僅幾分鐘的熱處理時間內(nèi) 就導致氮化物形成。距表面距離，用jim表示圖4： 570c溫度條件卜，C45級鋼持續(xù)氣體滲銳兩小時的表層化合物的濃度分布剖面圖（GDOES分析）圖5： 570c溫度條件卜: C45級鋼持續(xù)氣體短碳共滲兩小時的表層化合物的濃度分布剖面圖（GDOES 分析）在吸附氮的同時，也不斷產(chǎn)生氮化物，從而形成稱作“化合物層”的固態(tài)層。該層的外 區(qū)范用具有滲透性。圖6示出在顯微鏡下所觀測到的化合物層。圖6：氮碳共滲C15級鋼的化合物層緊接著該層下而的是“擴散區(qū)”，隨著與表而距離的不斷增加，該層的氮濃

27、度含量都會或多 或少地持續(xù)減少。在非合金鋼中，起初，氮溶解于鐵中，隨后當產(chǎn)品慢慢冷卻后又逐漸沉淀 成氮化物。如果快速冷卻，在熟化階段就形成氮化物沉淀。而在合金鋼中，所形成的氮化物 包含其他元素，如：鋁、銘、帆、鈦、鋁等。氮碳共滲使表層富含氮，并在化合物表層中含有碳。然而，擴散的碳比用滲碳或碳氮共滲處理的少，通常僅限于化合物表層。正如滲碳處理產(chǎn)生的那些氮化物一樣，相同原理也適用于通過氮碳共滲所產(chǎn)生的氮濃度輪廓 情況。9.2 對硬度的影響材料表面滲入氮將會增加硬度。根據(jù)表層材料成分，按照小切片的微硬度來測量化合物表層 的硬度，其硬度可能在1000HV范圍。通過沉淀硬化可獲得擴散區(qū)的硬度：鐵合金沉淀

28、物為 融合其他合金元素的氮合成物，非合金鋼的沉淀物為鐵質(zhì)氮化物。氮濃度分布輪廓決定了硬度輪廓，參照DIN50190-3 （參照圖7）的規(guī)定，可用硬度輪廓來 測定有效淬硬深度（德國用Nht標注）。圖7：滲銳或氮碳共滲后的硬度輪廓，以及測得的有效淬硬深度，Nht （圖表參照DIN50190-3）對于滲碳合金鋼，滲氮后應(yīng)該只測定有效淬硬深度。而非合金鋼產(chǎn)品在氮碳共滲后，由 于其硬度較低，不必實際測量，因此只需測量化合物層厚度，用于鑒定質(zhì)量目的。理想硬度 和硬度輪廓受到以下因素影響：- 材料成分；-滲氮/氮碳共滲前的材料狀況；- 滲氮溫度；- 滲氮/氮碳共滲的持續(xù)時間；- 氮供應(yīng)量。氮合金元素的分解量

29、越大，產(chǎn)生的表層淬硬和表而硬度也越大，從硬度分布輪廓圖可以 看出表層硬度與心部硬度之間的梯度越陡，有效淬硬深度越小。滲氮/氮碳共滲的時間越長，產(chǎn)生的化合物層越厚，淬硬深度越深，表層淬硬和表面硬度越 大。所用氮供應(yīng)量和溫度將影響氮濃度和硬度分布輪廓，特別是在鋼材料時，低溫處理時達 到的硬度比高溫處理時所達到的硬度高。產(chǎn)品的最終狀況還受到加熱前其初始狀況的影響，尤其是調(diào)質(zhì)過的產(chǎn)品，這是因為在淬 火/回火工序中，滲氮合金元素中已受制約。應(yīng)選擇能夠達到滲氮/氮碳共滲所適用的熱穩(wěn)定 條件（參考條款7.1.1.3）的回火溫度，因為較長時間的滲氮，無法避免心部硬度的減少。為了調(diào)整硬度分布輪廓以及有效淬硬深度

30、，可在溫度范圍內(nèi)或略微高于滲氮/氮碳共滲 溫度范圍內(nèi)，將經(jīng)過滲碳/氮碳共滲后的產(chǎn)品置于惰性氣體或真空中進行擴散處理。例如： 必要時，可以減少表面或淬硬硬度。根據(jù)滲氮溫度，也可極大的改良化合物層的成分和結(jié)構(gòu)。 9.3對形狀和尺寸的影響由于在滲氮/氮碳共滲工序中，元素擴散進產(chǎn)品表面，增加了產(chǎn)品的體枳，從而改變其尺 寸。此外，還增加了表面粗糙度，并產(chǎn)生殘余應(yīng)力。這時產(chǎn)品不可能擁有很規(guī)則的外形，因 此容易變形。由于氮擴散到兩邊，所以產(chǎn)品邊緣會出現(xiàn)卷曲現(xiàn)象。此外，產(chǎn)品在處理前有殘余應(yīng)力，或是沒有經(jīng)過充分回火，在滲氮/氮碳共滲時會出現(xiàn)熱 變形。10熱處理設(shè)備10.1 總則不應(yīng)將以下信息視為理解性內(nèi)容，應(yīng)在

31、不同情況下都參考制造商的操作守則。選擇熱處理設(shè)備時需考慮以下內(nèi)容：- 產(chǎn)品材料和材料狀況；- 處理溫度和極限偏差；- 熱處理持續(xù)時間；- 冷卻工序；- 產(chǎn)品尺寸和數(shù)量；- 產(chǎn)量（如：每單位時間內(nèi)所加工的工件數(shù)量）；- 工序控制的要求；- 熱處理過程中實施的步驟（如.淬火和老化）。10.2 滲氮和氮碳共滲用設(shè)備選擇滲氮或氮碳共滲設(shè)備時應(yīng)考慮以下因素：- 熱處理工序的步驟；- 所需的熔爐加熱能力；- 在限定范圍內(nèi)維護爐內(nèi)溫度（注釋1）（詳見表1）；- 所用的熱處理介質(zhì)；-產(chǎn)品排列布置（如：垂直狀態(tài)下的懸掛、擺放、澆注和放置）以及批次規(guī)格；-熔爐的任何安全性要求。注料1）這些限定由精確的溫控系統(tǒng)和熔

32、爐有效體積內(nèi)的溫度分布狀況決定。10.3 冷卻和淬火用設(shè)備選用冷卻和淬火設(shè)備時應(yīng)考慮以下因素：- 冷卻進度表；- 產(chǎn)品的尺寸和形狀；- 冷卻介質(zhì)的類型和溫度；- 所用介質(zhì)的數(shù)量以及是否可以循環(huán)使用；- 產(chǎn)品排列（如：垂直狀態(tài)下的懸掛、擺放、澆注和放置）和批次規(guī)格;；-從產(chǎn)品中去除淬火殘渣的需求。應(yīng)將所有的冷卻和淬火設(shè)備設(shè)計成能夠循環(huán)利用介質(zhì)，以便預防熱量流失，并且應(yīng)提供 反復循環(huán)冷卻系統(tǒng)，以確保維持時間進程（注釋2）。建議能夠控制淬火介質(zhì)的加熱溫度。 在相對表而積淬火量大的產(chǎn)品或采用氧化浴淬火時，雖然建議多考慮采用較大的加工產(chǎn)品能 力，但是，不管是油，還是鹽浴淬火介質(zhì)，都應(yīng)至少準備6倍設(shè)備批量

33、加工能力的需求量。 若用氣體作為淬火介質(zhì)時，該系統(tǒng)設(shè)備需配備噴射閥和噴嘴，以確保整個產(chǎn)品批次均勻冷卻。 采用油淬火介質(zhì)時，應(yīng)配備反復水冷卻的外部冷卻系統(tǒng)，以防止兩種溶液（油與水）的互相 接觸.利用高壓空氣循環(huán)達到再次鹽浴冷卻。注釋2）還要了解淬火介質(zhì)商品的說明11滲氮和氮碳共滲產(chǎn)品的測試測試滲氮產(chǎn)品有效淬硬深度的主要標準，就是化合物層的厚度和表而淬火硬度。雖然還 要經(jīng)常測量表面硬度，但是，卻不可能從該測量參數(shù)中獲得有效淬硬深度。而對于氮碳共滲產(chǎn)品來說，有時需測量化合物層厚度、化合物層中滲透區(qū)域的厚度，必 要時，還要測量有效淬硬深度。當測定有效淬硬深度和化合物層厚度時，需要拆解產(chǎn)品。如果不允許拆

34、解，可將相同材 料條件的產(chǎn)品作為參考樣品。15頁表2示出測試熱處理產(chǎn)品的有效方法。如果是處理個別批次的產(chǎn)品，按照以下統(tǒng)計原 則進行抽樣。由產(chǎn)品使用者來決定試驗結(jié)果是否適用測定的產(chǎn)品性能特性。12校正當校正滲氮或氮碳共滲產(chǎn)品時，應(yīng)注意沒有發(fā)生實際應(yīng)變的滲氮層，因為即使微量變形 也會導致斷裂。針對此原因，建議應(yīng)避免校正此類產(chǎn)品。雖然校正引發(fā)的殘余應(yīng)力會產(chǎn)生新的變形，但是用校正壓力機來彎曲產(chǎn)品，可消除微量畸變。 13熱處理工藝設(shè)計在滲氮或氮碳共滲工序中，產(chǎn)品形狀和尺寸是影響應(yīng)力產(chǎn)生的主要因素，并可導致變形。 圖8和圖9示出幾乎肯定要變形的產(chǎn)品形狀。通過選擇合適的設(shè)計，可以最小化變形的可能 性，并可增

35、加產(chǎn)品壽命。因此需要考慮以下設(shè)計原則：- 雖然產(chǎn)品上無盲孔，但是額外附加鉆孔或凹口也會適量加大變形（參見圖10和11）；- 如有可能應(yīng)采用對稱設(shè)計（參見圖11）:- 處理時應(yīng)使產(chǎn)品具備裝卸的特征（如：起吊裝置孔、螺紋孔或突耳）；- 局部處理時，要確保處理區(qū)域與非處理區(qū)域之間的過渡帶不位于敏感結(jié)構(gòu)區(qū)域范圍內(nèi)。圖8-不合適的產(chǎn)品設(shè)計示例圖9-不合適的產(chǎn)品設(shè)計示例A不合適B合適圖10 合適和不合適的產(chǎn)品設(shè)計示例Figure 11: Examples of suitable and unsuitable designs圖11合適和不合適的產(chǎn)品設(shè)計示例14熱處理產(chǎn)品中的缺陷熱處理產(chǎn)品中的缺陷幾乎不可能是

36、由單個原因造成。除熱處理工藝自身的原因之外，可 能存在的原因還包括材料和產(chǎn)品形狀、加工工藝和工作工況。表3列出一些實際應(yīng)用中碰到 的最普通的缺陷，它們也可能出現(xiàn)在滲氮/碳氮共滲工藝中o表1-熔爐選擇指南熱處理 相位溫度范圍C極限偏差 需控制的參數(shù)常用處理 介質(zhì)爐子類型注釋應(yīng)力釋放500 至 700±25時間和溫度空氣或惰豎爐，罐優(yōu)先選擇性氣體0爐，箱爐 或銀式爐帶循環(huán)媒 介的熔爐正火820 至 950±10時間和溫度空氣或惰 性氣體n豎爐，罐 爐，箱爐 或鐐式爐預加熱達到350無特殊 要求無特殊要求豎爐，罐 爐罩式 爐，箱爐 或銀式爐預氧化300 到 600無特殊 要求時間

37、和溫度空氣，水 蒸氣豎爐，罐 爐箱爐或 鏡式爐滲氮500 到 600（氣體）±10時間，溫度，氣 體流量，氨含量， 氫含量氨蒸慵爐, 罩式爐或 箱式爐熔爐應(yīng)有 循環(huán)媒 介，蒸儲 爐應(yīng)能抽 成真空450 到 600 （離子）±10時間，溫度，爐 壓，離子參數(shù)， N2：H2 率氮和氫蒸儲爐或 箱式爐蒸馀爐應(yīng) 能抽成真 空碳氮共滲570 至 650（氣體）±10時間，溫度，氣 體流率，NH3或H2含量，CJ或CO含量氨和含碳 氣體蒸鐳爐， 罩式爐，轅 式爐，箱 式退火爐 或連續(xù)爐爐子帶循 環(huán)介質(zhì)鹽浴時間，溫度，銀 酸鹽含量鹽浴鹽浴，熔 爐或窯爐鈦坨期或 銀坨娟和 鹽浴設(shè)施 應(yīng)通風離子時間，溫度，爐 壓