鋼的碳氮共滲5-4

1、5.4鋼的碳氮共滲1：定義：在鋼的表面同時滲入碳和氮的化學熱處理工藝稱為碳氮共滲。2：氰化：碳氮共滲可以在氣體介質(zhì)中進行，也可在液體介質(zhì)中進行因為液體介質(zhì)的主要成分是氰鹽，故液體碳氮共滲又稱為氰化。3：目的：對低碳結(jié)構(gòu)鋼、中碳結(jié)構(gòu)鋼以及不銹鋼等，為了提高其表面硬度、耐磨性及疲勞強度， 進行 820850碳氮共滲。 中碳調(diào)質(zhì)鋼在570 600溫度進行碳滲共滲，可提高其耐磨性及疲勞強度， 而高速鋼在 550560碳氮共滲的目的是進一步提高其表面硬度、 耐磨性及熱穩(wěn)定性4：軟氮化：根據(jù)共滲溫度不同，可以把碳氮共滲分為高溫(900 950 )、中溫 (700 880 )及低溫三種。其中低溫碳氮共滲，最

2、初在中碳鋼中應用，主要是提高其耐磨性及疲勞強度，而硬度提高不多 (在碳素鋼中 )，故又謂之軟氮化。一、碳和氮同時在鋼中擴散的特點同時在鋼中滲入碳和氮，如前所述，至少已是三元狀態(tài)圖的問題，故應以狀態(tài)圖為依據(jù)。 但目前還很不完善， 還不能完全根據(jù)三元狀態(tài)圖來進行討論。述一些 C、 N 二元共滲的一些特點。Fe-N-C 三元在這里重要講1 共滲溫度不同，共滲層中碳氮含量不同。氮含量隨著共滲溫度的提高而降低，而碳含量則起先增加，至一定溫度后反而降低。滲劑增碳能力不同，達到最大碳含量的溫度也不同。2 碳、氮共滲時碳氮元素相互對鋼中溶解度及擴散深度有影響。由于N 使 y 相區(qū)擴大，且 Ac3 點下降，因而

3、能使鋼在更低的溫度增碳。 氮滲入濃度過高， 在表面形成碳氮化合物相，因而氮又障礙著碳的擴散。碳降低氮在、 相中的擴散系數(shù)，所以碳減緩氮的擴散。3 碳氮共滲過程中碳對氮的吸附有影響碳氮共滲過程可分成兩個階段：第一階段共滲時間較短 (1 3小時 )，碳和氮在鋼中的滲入情況相同；若延長共滲時間，出現(xiàn)第二階段，此時碳繼續(xù)滲入而氮不僅不從介質(zhì)中吸收，反而使?jié)B層表面部分氮原子進入到氣體介質(zhì)中去，表面脫氮，分析證明，這時共滲介質(zhì)成分有變化，可見是由于氮和碳在鋼中相互作用的結(jié)果。二：中溫氣體碳氮共滲1 中溫氣體碳氮共滲的優(yōu)點與氣體滲碳相比有如下優(yōu)點：(1) 可以在較低溫度下及在同樣時間內(nèi)獲得同樣滲層深度，或在

4、處理溫度相同悄況下，共滲速度較快。(2) 碳氮共滲在工件表面、爐壁和發(fā)熱體上不析出碳黑；(3) 處理后零件的耐磨性比滲碳的高；(4) 工件扭曲變形小。2 共滲介質(zhì)目前常用的有兩大類：(1） 含 2 10氨氣的滲碳氣體(其余 )( 體積 )；(2) 含碳氮的有機液體。第一類可用于連續(xù)式作業(yè)爐，也可用于周期式作業(yè)爐。在用周期式作業(yè)爐進行碳氮共滲時，除了可引入普通滲碳氣體外，也可象滴注式氣體滲碳一樣滴人液體滲碳劑，如煤油、苯，丙酮等。 第二種介質(zhì)主要用于滴注法氣體碳氮共滲常用介質(zhì)為三乙醇胺在三乙醇胺中溶人20左右尿素3共滲溫度及時間在滲劑一定情況下， 共滲溫度與時間對滲層的組織結(jié)構(gòu)影響規(guī)律已如前述。

5、 在具體生產(chǎn)條件下應該根據(jù)零件工作條件、 使用性能要求及滲層組織結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系， 在按前述規(guī)律確定中溫氣體碳氮共滲工件的使用狀態(tài)和滲碳淬火相近， 亍般都是共滲后直接淬火。 因此，盡管氮的滲入能降低臨界點， 但考慮心部強度， 一般共滲溫度仍選在該種鋼的且 Ac3 點以上，接近于點 Ac3 的溫度但溫度過高，滲層中氮含量急劇降低，其滲層與滲碳相近，且溫度提高，工件變形增大， 因此失去碳氮共滲的意義。一般碳氮共滲溫度根據(jù)鋼種及使用性能，選在820 880之間。4碳氮共滲后的熱處理碳氮共碳氮共滲比滲碳溫度低， 一般共滲后都采用直接淬火 因為氮的滲入， 使過冷奧氏體穩(wěn)定性提高， 故可采用冷卻能力較弱的

6、淬火介質(zhì)， 但應考慮心部材料的淬透性。 碳氮共滲后采用低溫回火5碳氮共滲層的組織與性能碳氮共滲層的組織取決于共滲層中碳、 氮濃度， 鋼種及共滲溫度。 一般中溫碳氮共滲層淬火組織， 表面為馬氏體基底上彌散分布的碳氮化合物， 向里為馬氏體加殘余奧氏體， 殘余奧氏體量較多， 馬氏體為高碳馬氏體； 再往里殘續(xù)奧氏體量減少， 馬氏體也逐漸由高碳馬氏體過渡到低碳馬氏體 共滲層中碳氮含量強烈地影響滲層組織。 碳氮含量過高時， 滲層表面會出現(xiàn)密集粗大條塊狀碳氮化合物，使?jié)B層變脆圖 5 49所示 20Cr2Ni4A 鋼碳氮共滲后， 滲層形成密集， 粗大碳氮化合物的金相組織種組織使共滲后的齒輪出現(xiàn)掉角現(xiàn)象 (圖

7、5-50) 。這5-49碳氮共滲層中粗大碳氮化合物550掉角的共滲齒輪滲層中含氮量過高， 表面會出現(xiàn)空洞， 在未腐蝕金相試樣上能清楚地看到這種缺陷，如圖 5-51所示。5 5120Cr2Ni4A 鋼碳氮共滲后出現(xiàn)的空洞出現(xiàn)空洞的原因一般的解釋為：由于滲層中含氮量過高，在碳氮共滲過程時間較長時，由于碳濃度增高， 發(fā)生氮化物分解及脫氮過程， 原子氮變成分子氮而形成空洞。 一般滲層中含氮量超過 50時，容易出現(xiàn)這種現(xiàn)象。 滲層中含氮量過低， 使?jié)B層過冷奧氏體穩(wěn)定性降低，淬火后在滲層中會出現(xiàn)屈氏體網(wǎng)，因此，滲層含碳量不應低于0.1。三、氮碳共滲 (軟氮化 )如前所述，軟氮化最早是由低溫氰化發(fā)展起來的。

8、發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)鋼在 30 45 NaCN 或 30 35 KCNO 溶鹽中于 570氰化 13小時后快冷，可以得到表面硬度 HVS00 800，深 0.15mm 的氮化層。這樣，抗擦傷性能，疲勞強度和耐磨性大為提高。這種處理方法具有普通氣體滲氮的優(yōu)點，但處理時間短，而且表面形成的相 (含碳 ) 層韌性好，適用于碳素鋼、合金鋼，鑄鐵及粉末冶金材料，因而獲得迅速的發(fā)展。但是，由于氰鹽有毒，對操作者很不安全， 為了克服這一缺點，根據(jù)軟氮化的本質(zhì)是低溫氮碳共滲這一前提，發(fā)展了各種方法的氣體氮碳共滲。 目前該種方法已廣泛地用于楔具，量具， 刀具以及耐磨、承受彎曲疲勞的零件中。1氮碳共滲的組織和性能與鋼的滲氮不

9、同，氮碳共滲在滲氮同時還有碳的滲入。但是由于溫度低，碳在。相中的溶解度僅為氮在 Fe 中溶解度的 1/20。因此，擴散速度很慢，結(jié)果在表面很快形成極細小的滲碳體質(zhì)點， 作為碳氮化合物的結(jié)晶中心，促使表面很快形成及層。根據(jù) Fe-C-N狀態(tài)圖，可能出現(xiàn)的相仍為、和相但碳在e 相中有很大的溶解度，而在相和則極小。三元相中軟氮化的滲層組織一般表面為自亮層，又稱化合物層，其主要為 相，視碳、氮含量不向，尚有少量 相和 Fe3C。試驗表明，單一的 相具有最佳的韌性。在化合物層以內(nèi)則為擴散層， 這一層組織和普通滲氮相同， 主要是氮的擴散層。 因此，擴散層的性能也和普通氣體滲氮相同，若為具有氮化物形成元素的

10、鋼，則軟氮化后可以顯著提高硬度?；衔飳拥男阅芘c碳氮含量有很大關(guān)系。 含碳量過高， 雖然硬度較高， 但接近于滲碳體性能，脆性增加；含碳量低，含氮量高，則趨向于純氮相的性能，不僅硬度降低，脆性也反而提高。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。2 氮碳共滲的工藝參數(shù)(1) 介質(zhì)連續(xù)式作業(yè)爐一般采用吸熱式氣氛和氨氣的混合氣體積比1：1為最佳，此時碳含量適宜，因而有最好的性能。 在周期式作業(yè)爐中所采用的介質(zhì)種類較多我國常用的有尿素、甲酰胺、三乙醇胺，以及醇類加氨氣等。采用不同的介質(zhì)，共滲層中碳、氮含量則有所不同，將對共滲層性能有影響，應該根據(jù)試驗來確定