氮碳共渗热处理特点

来源:热处理技术图解手册作者:张覃轶

    钢的氮碳共渗(俗称软氮化)即在一定的温度下同时进行渗氮渗碳的过程,其实质是低温氮碳共渗,它是在硬氮化的基础上发展来的,即在渗氮的同时,还有少量的碳原子渗入工件表面,由于氮在铁中的溶解度比碳在铁中的溶解度大10倍,是以渗氮为主、渗碳为辅的化学热处理工艺,活性氮原子与活性碳原子在零件表面形成氮碳化合物。氮碳共渗是在克服硬氮化时间长的基础上发展起来的,其渗层硬度较低,脆性减少,故简称软氮化。目前该工艺在国内外得到了推广和应用,如碳素结构钢、低合金钢、工模具钢等几乎所有的材料均可进行氮碳共渗。

    氮碳共渗可以在气体、液体或固体介质中进行,渗层薄故工艺周期较短。氮碳共渗的温度比气体氮化稍有提高,但低于Fe-N状态图中的共析温度(590),通常为540570℃,根据零件的要求共渗时间为16h,渗层较浅通常共渗层厚度在0.3mm以下,在扩散层中的碳被形成的氮化物吸收,称为氮碳化合层。形成了以Fe(NC)为铁的核心,很快可得到铁的氮化物薄层,从而加快了氮化速度,缩短了氮化时间,氮化后采用快冷方式(合金钢油冷、碳钢水冷),以提高氮化工件的抗腐蚀性、提高疲劳强度等。

    氮碳共渗后赋予了零件耐磨、耐腐蚀、抗疲劳、抗咬合、抗擦伤性能,而且该工艺具有时间短,加热温度低,零件变形量小,化合物层脆性小等特点,故广泛应用于硬化层薄、负荷较小、不在重载荷条件下工作的零件,而对承受载荷不大、需得到良好综合性能的工件采用氮碳共渗效果甚好。对变形要求严格的耐磨件,如模具、量具、刀具、曲轴、凸轮轴及耐磨工件的处理,经生产验证比仅有高硬度的零件,其效果十分明显,如对3 8CrMoAl模具软氮化后表面硬度710750HV,渗层约0.3mm,其使用寿命是气体硬氮化的23倍。一般碳钢氮碳共渗表面硬度550600HV;合金结构钢600700HV;工具钢8001000HV;高速钢及不锈钢耐热钢可达到10001200HV。高速钢和高铬工具钢的氮化温度比其回火温度低510℃,以防共渗后水冷出现含氮马氏体。

    综上所述,钢的氮碳共渗与硬氮化相比则具有以下特点。

    ①处理的加热温度低(低于相变点),共渗时间短,因此零件变形小。

    ②显著提高工件的疲劳强度、耐磨性和抗腐蚀性等,使用寿命提高。

    ③抗擦伤和抗咬和能力强,减小了运动的阻力。

    ④可对各种材料进行处理,不受钢种限制。

    ⑤设备简单,成本低,操作方便易行,工艺成熟,质量稳定。

    ⑥渗层较薄,不适于重负荷下工作的工件。碳钢的总渗层小于0. 4mm,其中化合物层不大于0.02mm,而合金钢的渗层更薄。

    在生产过程中,按照其共渗介质状态的差异,通常分为固体氮碳共渗、气体氮碳共渗和液体氮碳共渗,其中固体氮碳共渗因使用黄血盐、渗层薄和质量不稳定而不再使用,这里只介绍气体和液体氮碳共渗。

    渗氮与氮碳共渗应用十分广泛,常用的渗氮方法有气体渗氮、液体渗氮和离子冲击渗氮等,常用的氮碳共渗方法有气体氮碳共渗、固体氮碳共渗和液体氮碳共渗等,每种方法有其各自的特点,但其目的大致相同,均以提高表面硬度、耐磨性和耐蚀性以及耐疲劳性能等,为了便于了解各种方法的特点,现将其列于表9-1中。

    9-1    各种渗氮与氮碳共渗方法与特点

 

各种渗氮与氮碳共渗方法与特点