[科普中國]-軟氮化

軟氮化又稱氮碳共滲或鐵素體氮碳共滲。是在500~580℃下對鋼件表面同時滲入氮、碳原子的化學表面熱處理工藝。滲氮為主，滲入少量的碳。按共滲介質(zhì)狀態(tài)分為固體、液體及氣體三類。氣體法易實現(xiàn)機械化、自動化，處理質(zhì)量穩(wěn)定，但設備較復雜，適用于大批量生產(chǎn)。1

軟氮化又稱氮碳共滲或鐵素體氮碳共滲。是在500~580℃下對鋼件表面同時滲入氮、碳原子的化學表面熱處理工藝。滲氮為主，滲入少量的碳。按共滲介質(zhì)狀態(tài)分為固體、液體及氣體三類。氣體法易實現(xiàn)機械化、自動化，處理質(zhì)量穩(wěn)定，但設備較復雜，適用于大批量生產(chǎn)。1

軟氮化的發(fā)展為了縮短氮化周期，并使氮化工藝不受鋼種的限制，近一二十年間在低溫氮化的工藝基礎上發(fā)展了軟氮化工藝。軟氮化實質(zhì)上是以滲氮為主的低溫碳氮共滲，鋼中除了氮原子的滲入，同時，還有少量的碳原子滲入，其處理結(jié)果與前述一般氣體氮相比，滲層硬度較低，脆性較小，故稱為軟氮化。

軟氮化方法分為氣體軟氮化和液體軟氮化兩大類。目前國內(nèi)生產(chǎn)中應用最廣泛的是氣體軟氮化。氣體軟軟氮化是在含有碳、氮原子的氣氛中進行低溫氮、碳共滲，常用用的共滲介質(zhì)有尿素、甲酰胺和三乙醇胺，它們在軟氮化溫度下發(fā)生熱分解反應，產(chǎn)生活性碳、氮原子?；钚蕴?、氮原子被工件表面吸收，通過擴散滲入工件表層，從而獲得以氮為主的碳氮共滲層。Fe-C-N系的共析溫度約為565℃，在此溫度時，氮在a-Fe中具有最大溶解度所以氣體軟氮化溫度常為560~570℃，氮化時間常為2~3h，因為超過2.5h，隨隨時間延長，氮化層深度增加很慢。

軟氮化層組織和性能由于共滲溫度低，碳在a相中的溶解度僅為氮在a-Fe中溶解度的1/20。因此，鋼鋼經(jīng)軟氮化后，表面最外層可獲得幾微米至幾十微米的白層，它是由ε相、γ相和含氮的滲碳體Fe3(C，N)所組成，次層為0.3-0.4mm的擴散層，它主要是由γ相相和ε相組成?；衔飳拥男阅芘c碳、氮含量有很大關系。碳含量過高，雖然硬度較高，但接近于滲碳體性能，脆性增加;碳含量低，氮含量高，則趨向于純氮相的性能，不僅硬度降低，脆性反而提高。因此，應該根據(jù)鋼種及使用性能要求，控制合適的碳、氮含量。氮碳共滲后應該快冷，以獲得過飽和的固溶體，造成表面殘余壓應力，可顯著提高疲勞強度。氮碳共滲后，表面形成的化合物層也可顯著提高抗腐蝕性能。

軟氮化的特點軟氮化具有以下特點：

(1)共滲溫度低，時間短，工件變形小。

(2)工藝不受鋼種限制，碳鋼、低合金鋼、工模具鋼、不銹鋼、鑄鐵及鐵基粉末冶金材料均可進行軟氮化處理。工件經(jīng)軟氮化后的表面硬度與氮化工藝及材料有關。

(3)能顯著地提高工件的疲勞極限、耐磨性和耐腐蝕性。在干摩擦條件下還具有抗擦傷和抗咬合等性能。

(4)由于軟氮化層不存在脆性ξ相，故氮化層硬而具有一定的韌性，不容易剝落。因此，目前生產(chǎn)中軟氮化已廣泛應用于模具、量具、高速鋼刀具、曲軸、齒輪、氣缸套等耐磨工件的處理。

氣體軟氮化目前存在問題是表層中鐵氮化合物層厚度較?。?.01-0.02mm），且氮化層硬度梯度較陡，故重載條件下工作的工件不宜采用該工藝。另外，要防止爐氣漏出污染環(huán)境。

軟氮化工藝（1）氣體軟氮化工藝

使用吸熱式（或放熱式）氣加氨，溫度570±10℃，時間1~4h。

（2）液體軟氮化工藝

使用尿素:碳酸鋼:氯化鉀鉀=3:2:2（重量）的鹽浴，通過下列反應得到活性碳、氮原子：

溫度一般為520~580℃，最常用的仍為570℃，時間為0.5~3h，視層深而定。

（3）尿素分子直接分解氣體軟氮化工藝

此法系將尿素的白色結(jié)晶粉末直接送入氮化爐，在500℃以上，尿素發(fā)生如下分解得到活性碳、氮原子：

(NH2)2CO→CO+2[N]+2H2

其他方法包括三乙醇胺+乙醇混合液滴注，甲洗胺滴注并通氨氣，等等，不再一一列舉。

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

李曉林 - 教授 - 西南大學