渗碳和碳氮共渗发生‘内氧化’问题的解释

关于渗碳和碳氮共渗发生‘内氧化’问题的解释

一张餐巾纸

关于渗碳和碳氮共渗过程中发生‘内氧化’的问题，这对于热处理理论知识较深、有实践经验的同行朋友来说，是一个熟知的题目；而对初涉这个问题的朋友，就不大明白‘氧化’和‘内氧化’的区别了。下面，用通俗一点的语言说一说这个问题到底是怎么一回事，解决此问题的难点在哪里？

气体渗碳发生内氧化的问题，简单地说：渗碳气氛中有一定的‘氧势’（这个氧势来自CO2和H2O），这个‘氧势’足够低才能渗碳，氧势越低则碳势越高。在通常受控的炉气碳势范围内，除了碳向钢中扩散以外，还有气氛中的‘氧’也向钢中扩散，由于氧势并不高，对铁元素来说已处于还原状态的环境中，也就是说，对‘铁’来说不会发生氧化，此时的‘铁’保持着本来的面貌（金属本色）；但对钢中所含的某些合金元素来说，例如Cr、Mn、Si等，由于发生氧化的‘氧分压’很低（即比‘铁’更容易氧化），也就是说，此时气氛中的‘氧势’仍然相对较高，出现了被氧化的化学反应。这些合金元素的氧化不仅发生在晶粒边界，而且也发生在晶粒内部。前者称为‘晶界氧化’，后者叫做‘内氧化’，时间越长，透入的深度越大。这种铁没有发生氧化只有某些合金元素被氧化的所谓‘内氧化’问题，在渗层较厚的气体碳氮共渗中同样存在。

在常用的渗碳气氛中，如果把‘氧势’降得很低，达到使那些容易被氧化的合金元素也不发生氧化的水平，而此时气氛的‘碳势’又将升到很高的数字，造成‘碳势’超出控制范围而失控现象。这种此消彼长、顾此失彼的矛盾现象，就成了解决问题的难点。

钢中的上述合金元素，表面层发生氧化后，造成氧化物周围的该合金元素‘贫化’，致使奥氏体的稳定性（淬透性）下降，在‘渗碳－直接淬火’的工艺下，出现索氏体一类非马氏体组织，即所谓‘黑色组织’，使表层硬度下降；黑色组织的出现还会改变渗碳层的内应力分布，这些对钢的疲劳寿命和耐磨性有相当明显的损害。

在永无休止地追求好上加好和利润最大化的现代化生产中，这个问题就成了冶金－热处理行业高度关注的问题之一。

早期的解决（而今仍然沿用）的方法，是采用高碳势渗碳－淬火后磨去表面的过共析层（顺便解决尺寸精度问题），或者对已经出现内氧化层的工件采用二次加热加快冷却速度的方法淬火。

随着科学技术的发展，现在，采用‘渗碳－直接淬火’工艺方案并作为最后工序（即后面不再对渗碳表面进行加工即成为成品直接投入使用的制造方案）越来越多，除了选择内氧化倾向低的钢种、调整炉气成分、优化渗碳工艺和选择高速淬火油等措施，力求减少黑色组织的层深以外，还采用表面喷丸强化来补救。

近几年兴起的低真空渗碳方法，还有渗剂中加入稀土的报道，据称可以完全避免内氧化问题的发生。

碳氮共渗

钢的碳氮共渗(第一讲) 碳氮共渗是碳氮原子同时渗入工件表面的一种化学热处理工艺。最早，碳氮共渗是在含氰根的盐浴中进行的，故此又称氰化。渗碳与渗氮相结合的的工艺，具有如下特点： 1．氮的渗入降低了钢的临界点。氮是扩大γ相区的合金元素， 降低了渗层的相变温度A1与A3，碳氮共渗可以在比较低的温度进行，温度不易过热，便于直接淬火，淬火变形小，热处理设备的寿命长。 2．氮的渗入增加了共渗层过冷奥氏体的稳定性，降低了临界淬 火速度。采用比渗碳淬火缓和的冷却方式就足以形成马氏体，减少了变形开裂的倾向，淬透性差的钢制成的零件也能得到足够的淬火硬度。 3．碳氮同时渗入，加大了它的扩散系数。840~860℃共渗时，碳在奥氏体中的扩散速度几乎等于或大于930℃渗碳时的扩散速度。 共渗层比渗碳具有较高的耐磨性、耐腐蚀性和疲劳强度；比渗氮零件具有较高的抗压强度和较低的表面脆性。 按使用介质不同，碳氮共渗分为固体、液体、气体三种。固体碳氮共渗与固体渗碳相似，经常采用30~40％黄血盐，10％碳酸铵和 50~60％木炭为渗剂。这种方法的生产效率低，劳动条件差，目前很 少使用。液体碳氮共渗以氰盐为原料，历史悠久，质量容易控制，但氰盐有剧毒，且价格昂贵，使用受到限制。气体碳氮共渗的发展最快。 按共渗温度，碳氮共渗一般分为低温(500~560℃)、中温(780~850℃)和高温~880~950℃)三种。前者以渗氮为主，现在已定义为氮碳共渗，后两者以渗碳为主。习惯上所说的碳氮共渗，主要指中温气体氮碳共渗。 碳氮共渗零件的机械性能同渗层表面的碳氮浓度、渗层深度与浓度梯度有关。 共渗层的碳氮浓度必须严格控制，含量过低，不能获得高的强度、硬度与理想的残余应力，影响耐磨性与疲劳强度。反之，则不仅表层出现大量不均匀的块状碳氮化合物，脆性增加；而且会使淬火后残余奥氏体量剧增，影响表面硬度和疲劳强度。 一般推荐最佳的碳、氮浓度分别为0.70~0.95％C和0.25~0.40％N。对于少数在高接触应力下工作的合金钢零件，当要求表面具有较多均匀分布的碳氮化合物颗粒时，表面含碳量可达1.20~1.50％，甚至2~3％，含氮量仍在0.50％以下。 共渗层的深度应该与工件服役条件和钢材成分相适应。心部的含碳量较高或工件的承载能力较低时，如纺织机钢令圈、40Cr钢制汽车

化学热处理技术

化学热处理技术应用和发展 摘要：浅谈化学热处理原理、反应机理，以及化学热处理分类、应用和发展前景、技术特点 关键词：化学热处理；碳渗；氮渗；稀土化学 前言 化学热处理是一种通过改变金属和合金工件表层的化学成分、组织和性能的金属热处理。它的工艺过程一般是：将工件置于含有特定介质的容器中，加热到适当温度后保温，使容器中的介质(渗剂)分解或电离，产生的能渗入元素的活性原子或离子，在保温过程中不断地被工件表面吸附，并向工件内部扩散渗入，以改变工件表层的化学成分。通常，在工件表层获得高硬度、耐磨损和高强度的同时，心部仍保持良好的韧性，使被处理工件具有抗冲击载荷的能力。 一、化学热处理原理 化学热处理是将工件置于一定温度的活性介质中保温，使活性物质的原子渗入工件的表层中，改变其表层的化学成分、组织和性能的热处理工艺，是表面合金化与热处理相结合的一项工艺技术。 二、化学热处理的过程 化学热处理包括三个基本过程，即①化学渗剂分解为活性原子或离子的分解过程；②活性原子或离子被金属表面吸收和固溶的吸收过程；③被渗元素原子不断向内部扩散的扩散过程。 (1) 分解过程 渗剂通过一定温度下的化学反应或蒸发作用，形成含有渗入元素的活性介质，然后通过活性原子在渗剂中的扩散运动而到达工件的表面。 (2) 吸收过程 渗入元素的活性原子吸附于工件表面并发生相界面反应，即活性物质与金属表面发生吸附—解吸过程。

(3) 扩散过程 吸附的活性原子从工件的表面向内部扩散，并与金属基体形成固溶体或化合物。 三、化学热处理的分类 1.按渗入元素的数量分类 （1）单元渗：渗碳，渗氮，渗硫，渗硼，渗铝，渗硅，渗锌，渗铬，渗钒等。 （2）二元渗：碳氮共渗，氮碳共渗，氧氮共渗，硫氮共渗，硼铝共渗，硼硅共渗，硼碳共渗，铬铝共渗，铬硅共渗，铬钒共渗，铬氮共渗，铝稀土共渗，铝镍共渗等。 （3）多元渗：氧氮碳共渗，碳氮硼共渗，硫氮碳共渗，氧硫氮共渗，碳氮钒共渗，铬铝硅共渗，碳氮氧硫硼共渗等。 2.按渗剂的物理形态分类 (1) 固体法：颗粒法，粉末法，涂渗法(膏剂法、熔渗法)，电镀、电泳或喷涂后扩散处理法。 (2) 液体法：熔盐法(熔盐渗、熔盐浸渍、熔盐电解)，热浸法(加扩散处理〕，电镀法(加扩散处理)，水溶液电解法。 (3) 气体法：有机液体滴注法，气体直接通人法，真空处理法，流态床处理法。 (4) 辉光离子法：离子渗碳或碳氮共渗，离子渗氮或氮碳共渗.离子渗硫，离子渗金属。 3.按钢铁基体材料在进行化学热处理时的组织状态分类 (1) 奥氏体状态：渗碳，碳氮共渗，渗硼及其共渗，渗铬及其共渗。渗铝及其共渗，渗钒、渗钦、渗错等。 (2) 铁素体状态：渗氮，氮碳共渗，氧氮共渗及氧氮碳共渗，渗硫，硫氮共渗及硫氮碳共渗，氮碳硼共渗，渗锌。 4.按渗入元素种类分类 (1) 渗非金属元素：渗碳，渗氮，渗硫，渗硼，渗硅。 (2) 渗金属元素：渗铝，渗铬，渗锌，渗钒。

碳氮共渗层的组织与性能(4)

碳氮共渗层的组织与性能（4） 1．共渗层的组织和性能共渗层的组织决定于碳氮浓度及其分布情况。退火状态的组织与渗碳相似。直接淬火后表面金相组织为含碳氮的马氏体和残余奥氏体，有时还有少量的碳氮化合物。心部组织决定于钢的成分与淬透性，具有低碳或中碳马氏体及贝氏体等组织。 碳氮共渗中化合物的相结构与共渗温度有关，800℃以上，基本上是含氮的渗碳体Fe3（C、N）；800℃以下由含氮渗碳体Fe3（C、N）、含碳ε相Fe2~3（C、N）及γ/相组成。化合物的数量与分布决定于碳氮浓度及钢材成分。 共渗淬火钢的硬度取决于共渗层组织。马氏体与碳氮化合物的硬度高，残余奥氏体的硬度低。氮增加了固溶强化的效果，共渗层的最高硬度值比渗碳高。但是，共渗层的表面硬度却稍低于次层。这是由于碳氮元素的综合作用而使Ms点显著下降，残余奥氏体增多。 碳氮共渗还可以显著提高零件的弯曲疲劳强度，提高幅度高于渗碳。这是由于当残余奥氏体量相同时，含氮马氏体的比容大于不含氮的马氏体，共渗层的压应力大于渗碳层。还有人认为，由于细小的马氏体与奥氏体均匀混合，使得硬化层的微观变形均匀化，可以有效防止疲劳裂纹的形成与扩展。 2．共渗层的组织缺陷 （1）一般缺陷共渗淬火后的汽车齿轮等零件也要检查硬度、渗层深度和显微组织（碳氮化合物等级、马氏体与残余奥氏体等级、心部组织），并按相关标准评级。碳氮共渗的组织缺陷与渗碳类似，例如残余奥氏体量过多、形成大量碳氮化合物，以致出现壳状组织等。 过量的残余奥氏体会影响表面硬度、耐磨性与疲劳强度。为此，应严格控制表面碳氮浓度，也可在淬火后继之以冷处理，在淬火之前先经高温回火。 如果共渗层中碳氮化合物过量并集中与表层壳状，则脆性过大，几乎不能承受冲击，再喷丸及碰撞时就可能剥落。产生这种缺陷的主要原因在于共渗温度偏低，氨的供应量过大，过早地形成化合物，碳氮元素难以向内层扩散。这是必须防止的缺陷。不错，碳氮共渗控制碳势的高低，也要控制氨气的通入量，有机的结合才能达到合格的组织 碳氮共渗最难解决的组织缺陷还是“三黑”问题；即“黑网、黑洞、黑带”。这也是中温碳氮共渗工艺与渗碳相比最大缺点之一。 （2）“三黑缺陷”使中温碳氮共渗工艺应用受到了很大的限制。 3 本质： 3.1 黑色组织：类似于渗碳淬火的晶界内氧化和非马问题，形成机理也基本一样。但较渗碳工艺更容出现黑网，深度也较深。 3.2 黑洞：是光学显微镜下观察到的“黑洞”，本质上是空洞，空洞内可能光滑干净也可能有少量氧化

碳氮共渗缺陷

碳氮共渗质量缺陷 1 渗层不均： 产生原因：炉温不均，工件表面局部有炭黑或结焦。排气不充分，工件表面不清洁，气体炉内循环不畅。 危害：表面硬度低，性能不均匀，工件淬回火易变形和开裂。 防止办法：补渗 2 渗层过浅： 产生原因：炉温偏低，共渗时间不足。渗剂供给量不足，炉气碳势低及排气不畅。 危害：硬度、强度、抗疲劳性下降。 防止办法：补渗 3网状或堆积状碳化物： 产生原因：炉气碳势过高，或预冷温度过低。 危害：表面应力大，脆性大，易开裂。 防止办法：减少渗剂供给量，延长扩散时间和提高预冷温度。 4渗层残余奥氏体过多： 产生原因：炉气碳势过高，预冷温度高。 危害：降低表面硬度易变形和开裂。 防止办法：减少渗剂供给量，延长扩散时间和降低预冷温度。重新加热淬火或深冷处理。 5 心部铁素体过多： 产生原因：预冷温度过低，或一次淬火加热温度远低于心部的临界点。

危害：心部硬度不够，强度降低，使心部不能支持受力大的表面。防止办法：提高预冷和淬火温度。 6 黑色组织：钢中的合金元素发生内氧化，而导致淬透性下降，且氧化物质点又可作为相变的核心，使过冷奥氏体不稳定而发生分解生成黑色组织屈氏体、贝氏体等。 危害：降低表面的硬度、耐磨性和疲劳强度。 防止办法：减少炉内氧化性气氛（O2、CO2、H2O） 改善炉子的密封性，排气充分，提高淬火冷却速度，采用对内氧化敏感度小的钢（如含M o、W、Ni的钢） 喷丸处理。 7 黑色孔洞：（只在碳氮共渗和氮碳共渗中出现） 产生原因：氮介质的供给量较高，共渗温度过低。 危害：降低表面硬度和耐磨性 防止办法：控制共渗层的氮含量，使其小于0.5%. 8 畸变： 产生原因：热应力。变形随表面碳氮浓度的增加和渗层深度的增加而变严重。 危害：增加校正工序，畸变严重时，工件报废。 防止办法：装料方法要合理。所用的渗碳吊具、料盘的形状、结构等应避免工件因加热和冷却不均而引起畸变；重新加热淬火的渗碳件应降低淬火加热温度；采用热油淬火；金属锻造流线要与渗碳工件外轮廓相似，严格控制正火后的带状组织和魏氏组织；采用压床淬火（大

(完整版)集美大学模具材料及热处理复习思考题

模具材料及热处理复习思考题 1、名词解释题：预硬型塑料模具钢、时效硬化型塑料模具钢、奥氏体、铁素体、马氏体、贝氏体、珠光体、正火、退火、淬火、临界冷却速度、热稳定性、淬透性、淬硬性、热疲劳、热抗熔蚀。 预硬型塑料模具钢:钢厂供货时已预先对模具钢进行了热处理，使之达到了模具使用时的硬度，可以把模具加工成形不再进行热处理而直接使用，从而保证了模具的制造精度。时效硬化型塑料模具钢：模具零件在淬火（固溶）后变软，便于切削加工成形，然后再进行时效硬化，获得所需的综合力学性能。既保持模具的加工精度，又使模具具有较高硬度。奥氏体：碳溶于γ-Fe中形成的间隙固溶体，为面心立方晶格，常用符号A表示。 铁素体：碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体，为体心立方晶格，常用符号F表示。 马氏体：碳在α-Fe中的过饱和固溶体。 贝氏体：含碳过饱和的铁素体和碳化物组成的机械混合物。 珠光体：铁素体和渗碳体两相组成的机械混合物。 正火：正火是将钢加热到A c3和A ccm以上30-50℃，保温一定时间，使之完全奥氏体化，然后在空气中冷却到室温，以得到珠光体类型组织的热处理工艺。 退火：退火是将组织偏离平衡状态的钢加热到适当温度，经保温后随炉冷却下来，以获得接近平衡状态组织的热处理工艺。 淬火：淬火是将钢加热到临界温度以上，保温后以大于临界冷却速度的速度冷却，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺。 临界冷却速度：保证过冷奥氏体在连续冷却过程中不发生分解而全部过冷到M s线以下转变为马氏体的最小冷却速度。 热稳定性：指钢材在高温下可长时间保持其常温力学性能的能力 淬透性：指钢在淬火时获得马氏体的能力，它是钢材固有的一种属性。其大小用钢在一定条件下淬火所获得的淬透层深度和硬度来表示。 淬硬性：指钢在正常淬火的条件下所能达到的最高硬度。 热疲劳：（工件反复受热受冷，一时受热膨胀，一时又冷却收缩）在反复热应力作用下，模具表面会产生网状裂纹，这种现象称为热疲劳。 抗热熔蚀：防止金属在热冲击与挤压力的作用下与金属液体粘结，而损失材料的能力。

(完整word版)热处理试题

1．何谓钢的球化退火，其目的是什么? 主要适用于哪些钢材? 是使钢中碳化物球状化而进行的退火 目的：降低硬度、改善切削加工性，为以后淬火做准备，减小工件淬火畸变和开裂；主要用于共析钢、过共析钢的锻轧件及结构钢的冷挤压件等。 2．简述淬火冷却方法(至少说出五种)。 1）水冷：用于形状简单的碳钢工件，主要是调质件；2）油冷：合金钢、合金工具钢工件。3）延时淬火：工件在浸入冷却剂之前先在空气中降温以减少热应力；4)双介质淬火：工件一般先浸入水中冷却，待冷到马氏体开始转变点附近，然后立即转入油中缓冷；5)马氏体分级淬火：钢材或工件加热奥氏体化，随之浸入稍高或稍低于钢的上马氏体点的液态介质（盐浴或碱浴）中，保持适当时间，待钢件的内、外层都达到介质温度后取出空冷，以获得马氏体组织的淬火工艺。用于合金工具钢及小截面碳素工具钢，可减少变形与开裂；6）热浴淬火：工件只浸入150-180℃的硝烟或碱浴中冷却，停留时间等于总加热时间的1/3-1/2，最后取出在空气中冷却；7）贝氏体等温淬火：钢材或工件加热奥氏体化，随之快冷到贝氏体转变温度区域（260-400℃）等温保持，使奥氏体转变为贝氏体的淬火工艺。用于要求变形小、韧性高的合金钢工件 3．简述淬透性概念及其影响因素。 钢在淬火时能够获得马氏体的能力即钢被淬透的深度大小称为淬透性。其影响因素有：1. 亚共析钢含碳量↑，C曲线右移，过共析钢含碳量↑，C曲线左移；2.合金元素（除Co外）使C 曲线右移；3.奥氏体化温度越高、保温时间越长，碳化物溶解越完全，奥氏体晶粒越粗大，使C 曲线右移；4.原始组织越细，使C曲线右移，Ms点下降；5.拉应力加速奥氏体的转变，塑性变形也加速奥氏体的转变。 4．钢的回火分哪几类?说出低温回火的适用性(目的)。 （1）低温：150-250℃，用于工模具、轴承、齿轮等。（2）中温：250-500℃，用于中等硬度的零件、弹簧等。（3）高温：500-700℃，用于各种轴累、连杆、螺栓等。 低温回火的适用性(目的)：消除淬火应力、稳定尺寸、减少变形和开裂，一定程度上减少残余奥氏体量。 5．什么是碳氮共渗中的黑色组织?它的危害性是什么?防止措施是什么 黑色组织是指碳氮共渗表层中出现的黑点、黑带和黑网。它会使工件弯曲疲劳强度、接触疲劳强度降低，耐磨性下降。为防止黑色组织的出现，渗层中氮含量不宜过高，也不宜过低。通过提高淬火温度或增强冷却能力抑制屈氏体网的出现。 6．简述零件感应加热淬火的基本原理。 是利用通入交流电的加热感应器在工件中产生一定频率的感应电流，感应电流的集肤效应使工件表面层被快速加热到奥氏体区后，立即喷水冷却，工件表层获得一定深度的淬硬层。 7．什么叫喷丸强化?对材料表面形貌与性能有什么影响? 利用高速喷射的细小弹丸在室温下撞击受喷工件的表面，使受层材料在再结晶温度下产生弹、塑性变形，并呈现较大的残余压应力，从而提高工件表面强度、疲劳强度和抗应力腐蚀能力的表面工程技术。8．为什么亚共析钢经正火后，可获得比退火高的强度与硬度? 由于正火的冷却速度比退火的冷却速度快，因而可以抑制铁素体的析出，增加珠光体量，且得到的珠光体组织更细小，所以可获得比退火高的强度与硬度。 9．高速钢刀具深冷处理为什么能提高刀具使用寿命? 高速钢刀具深冷处理后获得4%左右（体积分数）稳定残留奥氏体，稳定残留奥氏体中存在大量内部位错缠结而使其自身强化；深冷处理过程中转变的片状不完全孪晶马氏体，含碳及合金元素量较高，于是强化了α固溶体；深冷处理并回火后能析出比常规热处理尺寸小而多的片状MC型碳化物，使高速钢抗回火性、塑韧性和耐磨性提高。 10．简述激光热处理的原理，与感应加热淬火相比优点是什么?

氮碳共渗与碳氮共渗的区别

氮碳共渗：又称软氮化或低温碳氮共渗,即在铁-氮共析转变温度以下，使工件表面在主要渗入氮的同时也渗入碳。碳渗入后形成的微细碳化物能促进氮的扩散，加快高氮化合物的形成。这些高氮化合物反过来又能提高碳的溶解度。碳氮原子相互促进便加快了渗入速度。此外，碳在氮化物中还能降低脆性。氮碳共渗后得到的化合物层韧性好，硬度高，耐磨，耐蚀，抗咬合。常用的氮碳共渗方法有液体法和气体法。处理温度530～570℃，保温时间1～3小时。早期的液体盐浴用氰盐，以后又出现多种盐浴配方。常用的有两种：中性盐通氨气和以尿素加碳酸盐为主的盐，但这些反应产物仍有毒。气体介质主要有：吸热式或放热式气体（见可控气氛）加氨气；尿素热分解气；滴注含碳、氮的有机溶剂，如甲酰胺、三乙醇胺等。氮碳共渗不仅能提高工件的疲劳寿命、耐磨性、抗腐蚀和抗咬合能力，而且使用设备简单，投资少，易操作，时间短和工件畸变小，有时还能给工件以美观的外表。 碳氮共渗：以渗碳为主同时渗入氮的化学热处理工艺。它在一定程度上克服了渗氮层硬度虽高但渗层较浅，而渗碳层虽硬化深度大，但表面硬度较低的缺点。应用较广泛的只有气体法和盐浴法。气体碳氮共渗介质是渗碳剂和渗氮剂的混合气，例如滴煤油（或乙醇、丙酮）、通氨；吸热或放热型气体中酌加高碳势富化气并通氨；三乙醇胺或溶入尿素的醇连续滴注。 [C]、[N]原子的产生机制除与渗碳、渗氮相同外，还有共渗剂之间的合成和分解： CO+NH3?HCN+H2O CH4+NH3?HCN+3H2 2HCN?2[C]+2[N]+H2 碳氮共渗并淬火、回火后的组织为含氮马氏体、碳氮化合物和残余奥氏体。深0.6～1.0mm 的碳氮共渗层的强度、耐磨性与深1.0～1.5mm的渗碳层相当。为减少变形，中等载荷齿轮等可用低于870℃的碳氮共渗代替930℃进行的渗碳。

氮化处理

氮化处理 氮化处理是指一种在一定温度下一定介质中使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺。经氮化处理的制品具有优异的耐磨性、耐疲劳性、耐蚀性及耐高温的特性。 目录 1简介 2技术流程 1. 2.1 渗氮前的零件表面清洗 2. 2.2 渗氮炉的排除空气 3. 2.3 氨的分解率 4. 2.4 冷却 3气体氮化 4液体氮化 5离子氮化 6相关标准 1简介 传统的合金钢料中之铝、铬、钒及钼元素对渗氮甚有帮助。这些元素在渗氮温度中，与初生态的氮原子接触时，就生成安定的氮化物。尤其是钼元素，不仅作为生成氮化物元素，亦作为降低在渗氮温度时所发生的脆性。其他合金钢中的元素，如镍、铜、硅、锰等，对渗氮特性并无多大的帮助。一般而言，如果钢料中含有一种或多种的氮化物生成元素，氮化后的效果比较良好。其中铝是最强的氮化物元素，含有0.85～1.5%铝的渗氮结果最佳。在含铬的铬钢而言，如果有足够的含量，亦可得到很好的效果。但没有含合金的碳钢，因其生成的渗氮层很脆，容易剥落，不适合作为渗氮钢。 一般常用的渗氮钢有六种如下： （1）含铝元素的低合金钢（标准渗氮钢） （2）含铬元素的中碳低合金钢SAE 4100，4300，5100，6100，8600，8700，9800系。 （3）热作模具钢（含约5%之铬）SAE H11 （SKD – 61）H12，H13 （4）铁素体及马氏体系不锈钢SAE 400系 （5）奥氏体系不锈钢SAE 300系

（6）析出硬化型不锈钢17 - 4PH，17 – 7PH，A – 286等 含铝的标准渗氮钢，在氮化后虽可得到很高的硬度及高耐磨的表层，但其硬化层亦很脆。相反的，含铬的低合金钢硬度较低，但硬化层即比较有韧性，其表面亦有相当的耐磨性及耐束心性。因此选用材料时，宜注意材料之特征，充分利用其优点，俾符合零件之功能。至于工具钢如H11（SKD61）D2（SKD – 11），即有高表面硬度及高心部强度。 2技术流程 渗氮前的零件表面清洗 大部分零件，可以使用气体去油法去油后立刻渗氮。部分零件也需要用汽油清洗比较好，但在渗氮前之最后加工方法若采用抛光、研磨、磨光等，即可能产生阻碍渗氮的表面层，致使渗氮后，氮化层不均匀或发生弯曲等缺陷。此时宜采用下列二种方法之一去除表面层。第一种方法在渗氮前首先以气体去油。然后使用氧化铝粉将表面作abrasive cleaning 。第二种方法即将表面加以磷酸皮膜处理（phosphate coating）。 渗氮炉的排除空气 将被处理零件置于渗氮炉中，并将炉盖密封后即可加热，但加热至150℃以前须作炉内排除空气工作。 排除炉内的主要功用是防止氨气分解时与空气接触而发生爆炸性气体，及防止被处理物及支架的表面氧化。其所使用的气体即有氨气及氮气二种。 排除炉内空气的要领如下： ①被处理零件装妥后将炉盖封好，开始通无水氨气，其流量尽量可能多。 ②将加热炉之自动温度控制设定在150℃并开始加热（注意炉温不能高于150℃）。 ③炉中之空气排除至10%以下，或排出之气体含90%以上之NH3时，再将炉温升高至渗氮温度。 氨的分解率 渗氮是铺及其他合金元素与初生态的氮接触而进行，但初生态氮的产生，即因氨气与加热中的钢料接触时钢料本身成为触媒而促进氨之分解。 虽然在各种分解率的氨气下，皆可渗氮，但一般皆采用15～30%的分解率，并按渗氮所需厚度至少保持4～10小时，处理温度即保持在520℃左右。

很全面,渗碳+渗氮+碳氮共渗表面处理工艺

很全面，渗碳+渗氮+碳氮共渗表面处理工艺 渗碳与渗氮一般是指钢的表面化学热处理 渗碳必须用低碳钢或低碳合金钢。可分为固体、液体、气体渗碳三种。应用较广泛的气体渗碳，加热温度900-950摄氏度。渗碳深度主要取决于保温时间，一般按每小时0.2-0.25毫米估算。表面含碳量可达0.85%-1.05%。渗碳后必须热处理，常用淬火后低温回火。得到表面高硬度心部高韧性的耐磨抗冲击零件。 渗氮应用最广泛的气体渗氮，加热温度500-600摄氏度。氮原子与钢的表面中的铝、铬、钼形成氮化物，一般深度为0.1-0.6毫米，氮化层不用淬火即可得到很高的硬度，这种性能可维持到600-650摄氏度。工件变形小，可防止水、蒸气、碱性溶液的腐蚀。但生产周期长，成本高，氮化层薄而脆，不宜承受集中的重载荷。主要用来处理重要和复杂的精密零件。 涂层、镀膜、是物理的方法。“渗”是化学变化，本质不同。 钢的渗碳——就是将低碳钢在富碳的介质中加热到高温(一般为900-950C)，使活性碳原子渗入钢的表面，以获得高碳的渗层组织。随后经淬火和低温回火，使表面具有高的硬度、耐磨性及疲劳抗力，而心部仍保持足够的强度和韧性。

渗碳钢的化学成分特点 （1）渗碳钢的含碳量一般都在0.15%-0.25％范围内，对于重载的渗碳体，可以提高到0.25%-0.30％，以使心部在淬火及低温回火后仍具有足够的塑性和韧性。但含碳量不能太低,，否则就不能保证一定的强度。 （2）合金元素在渗碳钢中的作用是提高淬透性，细化晶粒，强化固溶体，影响渗层中的含碳量、渗层厚度及组织。在渗碳钢中通常加入的合金元素有锰、铬、镍、钼、钨、钒、硼等。 常用渗碳钢可以分碳素渗碳钢和合金渗碳钢两大类 （1）碳素渗碳钢中，用得最多的是15和20钢，它们经渗碳和热处理后表面硬度可达56-62HRC。但由于淬透性较低，只适用于心部强度要求不高、受力小、承受磨损的小型零件，如轴套、链条等。 （2）低合金渗碳钢如20Cr、20Cr2MnVB、20Mn2TiB等，其渗透性和心部强度均较碳素渗碳钢高，可用于制造一般机械中的较为重要的渗碳件，如汽车、拖拉机中的齿轮、活塞销等。 （3）中合金渗碳钢如20Cr2Ni4、18Cr2N4W、15Si3MoWV等，由于具有很高的淬透性和较高的强度及韧性，主要用以制造截面较大、承

钢的渗碳和碳氮共渗、淬火、回火工艺剖析

钢的渗碳和碳氮共渗、淬火、回火工艺 1、主题内容和适用范围 本工艺规定了渗碳钢的气体渗碳氮共渗淬火回火处理的工序 准备、工艺规范、操作规程、质量检验和安全环保等方面要求。 2、引用标准 JB3999—85 钢的渗碳和碳氮共渗淬火回火处理 GB85839—87 齿轮材料及热处理质量检验一般规定 ZBJ17022—88 齿轮碳氮共渗工艺及质量控制 ZBT04001—88 汽车渗碳齿轮金相检验 JB/ZQ4038—88 重载齿轮渗碳质量检验 GB9450—88 钢件渗碳淬火有效硬化层深度的测定和校核 GB15735—1995 金属热处理生产过程安全卫生要求 3、工艺准备 3.1 工件准备 3.1.1 对照图纸了解被处理工件的材料牌号（或化学成份），予处理情况和质量要求，磨削留量，必要时检查齿轮（轴齿轮）的加工精度。 3.1.2工件表面不得有氧化皮、碰伤和裂纹，用清洗剂洗净油污后烘干。 3.1.3 工件表面不需要渗碳或碳氮共渗的部位，又无留余量，没安排剥碳层的加工工序，就要用防渗涂料保护，防渗涂料的厚度应大于0.3mm，涂层应致密，防渗涂料应符合ZB451—014的规定。 3.2 工装准备

3.3 开炉准备选用的工装应具有足够的热处理强度和刚度。 3.3.1检查热处理设备的机械和电气部分是否正常，炉子是否漏气。检查炉子需润滑油的部位，使其不断润滑。 3.3.2检查测温仪表，热电隅是否正常，要定期进行校验。 3.3.3定期清理气体渗碳炉炉罐中的碳黑和灰烬。 3.4工件的表卡和试样 3.4.1 根据工件的形状和要求，选用适当的吊具和夹具。 3.4.2 工件间要有5～10mm的间隙。 3.4.3 应随炉放置与装炉工件材质和予处理相同和符合GB8539—87“齿轮材料及热处理质量检验的一般规定”规定的样式，并放置在有代表性的位置，以备炉前操作抽样检查。 4、渗碳和碳氮共渗淬火回火处理的工艺规范和操作规程 4.1渗碳、碳氮共渗处理 4.1.1 装炉 4.1.1.1工件装炉前应把炉温升到渗碳或共渗温度，连续生产时可干上一炉出炉后立即装炉。 4.1.1.2 工件应装在炉子的有效加热区内，加热区的炉温不得超过±15℃。 4.1.1.3 每炉装载量不大于设备的装载量。 4.1.2 气体渗碳工艺规范和操作规程 4.1.2.1 气体渗碳工艺规范参照图1，低碳合金渗碳钢的渗碳温度取上限。

第六章 钢的热处理参考答案

第六章钢的热处理 习题参考答案 一、解释下列名词 答： 1、奥氏体：碳在γ-Fe中形成的间隙固溶体。 过冷奥氏体：处于临界点A1以下的不稳定的将要发生分解的奥氏体称为过冷奥氏体。 残余奥氏体：M转变结束后剩余的奥氏体。 2、珠光体：铁素体和渗碳体的机械混合物。 索氏体：在650～600℃温度范围内形成层片较细的珠光体。 屈氏体：在600～550℃温度范围内形成片层极细的珠光体。 贝氏体：过饱和的铁素体和渗碳体组成的混合物。 马氏体：碳在α-Fe中的过饱和固溶体。 3、临界冷却速度V K：淬火时获得全部马氏体组织的最小冷却速度。 4、退火：将工件加热到临界点以上或在临界点以下某一温度保温一定时间后，以十分缓慢的冷却速度（炉冷、坑冷、灰冷）进行冷却的一种操作。 正火：将工件加热到A c3或A ccm以上30～80℃，保温后从炉中取出在空气中冷却。 淬火：将钢件加热到Ac3或Ac1以上30～50℃，保温一定时间，然后快速冷却（一般为油冷或水冷），从而得马氏体的一种操作。 回火：将淬火钢重新加热到A1点以下的某一温度，保温一定时间后，冷却到室温的一种操作。 冷处理：把冷到室温的淬火钢继续放到深冷剂中冷却，以减少残余奥氏体的操作。 时效处理：为使二次淬火层的组织稳定，在110～150℃经过6～36小时的人工时效处理，以使组织稳定。 5、调质处理：淬火后再进行的高温回火或淬火加高温回火 6、淬透性：钢在淬火后获得淬硬层深度大小的能力。 淬硬性：钢在淬火后获得马氏体的最高硬度。 7、回火马氏体：过饱和的α固溶体（铁素体）和与其晶格相联系的ε碳化物组成的混合物。 回火索氏体：在F基体上有粒状均匀分布的渗碳体。 回火屈氏体：F和细小的碳化物所组成的混合物。 8、第一类回火脆性：淬火钢在250℃～400℃间回火时出现的回火脆性。 第二类回火脆性：淬火钢在450℃～650℃间回火时出现的回火脆性。 10、表面淬火：采用快速加热的方法，将工件表层A化后，淬硬到一定深度，而心部仍保持未淬火状态的一种局部淬火法。

渗氮及碳氮共渗常见问题与解决的方法

渗氮及碳氮共渗常见问题与解决的方法 氮化工件表面硬度或深度不够 （1）可能是所选材料不适合作氮化处理。 （2）可能是氮化处理前的组织状态较差。 （3）可能是氮化温度选择不当。 （4）炉中之温度或流气不均匀。 （5）氨量不恰当。 （6）渗氮的时间不够。 （7）氮化前工件表面有脏物。 氮化工件弯曲变形 （1）氮化前的弛力退火处理没有做好。 （2）工件几何曲线设计不良，例如不对称、厚薄变化太大等因素。 （3）氮化中被处理的工件放置方法不对。 （4）被处理工件表面性质不均匀，例如清洗不均或表面温度不均等因素。氮化工件发生龟裂现象 （1）氨的分解率不正常。 （2）渗氮处理前工件表面存在脱碳层。 （3）工件设计有明显的锐角存在。 （4）白亮层太厚时。 氮化工件的白层过厚 （1）渗氮处理的温度不当。 （2）氨的分解率低，可能发生此现象。 氮化处理时氨分解率不稳定 （1）分解率测定器管路漏气。 （2）渗氮处理时装入炉内的工件太少。 （3）炉中压力变化导致氨气流量改变。 （4）触媒作用不当 机械加工件前处理如何防止渗碳？ （1）镀铜法，镀上厚度0.20mm左右。 （2）涂敷涂剂后乾燥。 （3）涂敷防渗碳涂敷剂后乾燥，如硼砂和有机溶剂為主。 （4）氧化铁和黏土混合物涂敷法。 （5）利用套筒或套螺丝。 渗碳（碳氮共渗）后工件硬度不足 （1）冷却速度不足，可利用喷水冷却或盐水冷却。 （2）渗碳不足，可使用强力渗碳剂。 （3）淬火温度不足。 （4）淬火时加热发生脱碳，可使用盐浴炉直接淬火 渗层剥离现象 （1）含碳量的浓度坡度太大，应进行一次退火。 （2）不存在过度层，应缓和渗速。 （3）过渗现象，可考虑研磨前次之渗层 （4）反覆渗碳（碳氮共渗）亦可能產生渗层剥离的现象

氮碳共渗表面改性技术

译者的话 本文原刊于英国“Heat treatment of Metals”杂志，题目为“氮碳共渗及其对汽车零部件设计的影响” (Nitrocarburising and its Influence on Design in the Automative Sector)但文章所叙述的内容实际上是德国迪高沙(Degussa)盐浴氮碳共渗加氧化的处理基本相同，作者对该技术使用的商业名称为“Nitrotec”，但实际上和我们所开发的“氮碳（氧）共渗表面改性技术”异曲同工，在产品的应用上效果完全相当，因此本文介绍该技术在汽车上的应用及其对汽车设计的影响，对国内推广和应用“氮碳（氧）共渗表面改性技术”很有参考价值，为此特将此文翻译出来，供有关人员参考。本文只供同行参考，翻译谬误之处在所难免，敬请鉴谅。 氮碳共渗及其对汽车设计的影响

C.DAWES Nitrotec服务有限公司 (部分选择内部参考) [ 摘要 ] 作者回顾了氮碳共渗的发展，这是一种黑色金属材料的化学热处理方法，由于有富氮的化合层形成，因而具有耐磨性和抗腐蚀性，而氮扩散层则提高材料的屈服强度和疲劳强度，特别对细薄件效果显著。该工艺赋予零件以极高的抗蚀性和漂亮的外观，使氮碳共渗向镀铬提出了挑战。80年代在汽车工业得到广泛和成功的应用，产品从轮轴轴承到保险杠，使用该工艺可以获得独特的综合性能并能降低成本和减轻重量，由于采用先进的设备和工艺材料可以极大地减少对环境的污染。 一、前言 在表面热处理家族中，氮碳共渗独树一帜，这不仅由于它能提供独特的性能结合，而且有着许多的名称和专利，在过去40年里一直引人注目。 该工艺起源于法国的盐浴铁素体处理并于1947年传人英国，当时的贸易名称为“Sulfinuz”，随后经多年探索发现亚硫酸纳能活化氰化物生成氰酸盐，从而导致引入强制通气法并命名为“Tufftride”和“活性氮化”。这些仅局限于氰化物，采用空气搅拌，将氰化物氧化成氰酸盐，以产生所需要的氮势，而不象“sulfinuz”法那样有表面沉积形成，还需增加一道后处理的清洁工序，另一种易使人混淆的原因是一种被人称之为“液体氮化”的盐浴处理的存在，这种方法是用以氰化物为基盐的盐所产生低含量的氰酸根，用来处理工具钢在表面形成硬的合金氮化物，这种类型的盐浴因其氮势太低，故对非合金钢不起作用。 在50年代后期引入密封淬火炉，由于具有生产效率高的优点，从而导致气

渗碳 渗氮、氮碳共渗标准

渗碳渗氮、氮碳共渗标准

通俗地说，不锈钢就是不容易生锈的钢，实际上一部分不锈钢，既有不锈性，又有耐酸性（耐蚀性）。不锈钢的不锈性和耐蚀性是由于其表面上富铬氧化膜（钝化膜）的形成。这种不锈性和耐蚀性是相对的。试验表明，钢在大气、水等弱介质中和硝酸等氧化性介质中，其耐蚀性随钢中铬含水量的增加而提高，当铬含量达到一定的百分比时，钢的耐蚀性发生突变，即从易生锈到不易生锈，从不耐蚀到耐腐蚀。不锈钢的分类方法很多。按室温下的组织结构分类，有马氏体型、奥氏体型、铁素体和双相不锈钢；按主要化学成分分类，基本上可分为铬不锈钢和铬镍不锈钢两大系统；按用途分则有耐硝酸不锈钢、耐硫酸不锈钢、耐海水不锈钢等等，按耐蚀类型分可分为耐点蚀不锈钢、耐应力腐蚀不锈钢、耐晶间腐蚀不锈钢等；按功能特点分类又可分为无磁不锈钢、易切削不锈钢、低温不锈钢、高强度不锈钢等等。由于不锈钢材具有优异的耐蚀性、成型性、相容性以及在很宽温度范围内的强韧性等系列特点，所以在重工业、轻工业、生活用品行业以及建筑装饰等行业中获取得广泛的应用。奥氏体不锈钢在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。钢中含Cr约18%、Ni 8%~10%、C约0.1%时，具有稳定的奥氏体组织。奥氏体铬镍不锈钢包括著名的18Cr-8Ni钢和在此基础上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素发展起来的高Cr-Ni 系列钢。奥氏体不锈钢无磁性而且具有高韧性和塑性，但强度较低，不可能通过相变使之强化，仅能通过冷加工进行强化。如加入S，Ca，Se，Te等元素，则具有良好的易切削性。此类钢除耐氧化性酸介质腐蚀外，如果含有Mo、Cu等元素还能耐硫酸、磷酸以及甲酸、醋酸、尿素等的腐蚀。此类钢中的含碳量若低于0.03%或含Ti、Ni，就可显著提高其耐晶间腐蚀性能。高硅的奥氏体不锈钢浓硝酸肯有良好的耐蚀性。由于奥氏体不锈钢具有全面的和良好的综合性能，在各行各业中获得了广泛的应用。 铁素体不锈钢 在使用状态下以铁素体组织为主的不锈钢。含铬量在11%~30%，具有体心立方晶体结构。这类钢一般不含镍，有时还含有少量的Mo、Ti、Nb等到元素，这类钢具导热系数大，膨胀系数小、抗氧化性好、抗应力腐蚀优良等特点，多用于制造耐大气、水蒸气、水及氧化性酸腐蚀的零部件。这类钢存在塑性差、焊后塑性和耐蚀性明显降低等缺点，因而限制了它的应用。炉外精炼技术（AOD或VOD）的应用可使碳、氮等间隙元素大大降低，因此使这类钢获得广泛应用。 奥氏体--铁素体双相不锈钢 是奥氏体和铁素体组织各约占一半的不锈钢。在含C较低的情况下，Cr含量在18%~28%，Ni含量在3%~10%。有些钢还含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti，N等合金元素。该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点，与铁素体相比，塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高，同时还保持有铁素体不锈钢的475℃脆性以及导热系数高，具有超塑性等特点。与奥氏体不锈钢相比，强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。双相不锈钢具有优良的耐孔蚀性能，也是一种节镍不锈钢。 马氏体不锈钢 通过热处理可以调整其力学性能的不锈钢，通俗地说，是一类可硬化的不锈钢。典型牌号为Cr13型，如2Cr13 ,3Cr13 ,4Cr13等。粹火后硬度较高，不同回火温度具有不同强韧性组合，主要用于蒸汽轮机叶片、餐具、外科手术器械。根据化学成分的差异，马氏体不锈钢可分为马氏体铬钢和马氏体铬镍钢两类。根据组织和强化机理的不同，还可分为马氏体不锈钢、马氏体和半奥氏体（或半马氏体）沉淀硬化不锈钢以及马氏体时效不锈钢等。

碳氮共渗

专题三钢的化学热处理—－碳氮共渗 工艺设计与操作 一、实验目的 1、初步掌握碳氮共渗工艺过程及主要工艺参数的制定 2、初步掌握碳氮共渗的操作方法及化学热处理质量检测与控制方法 二、实验原理 1. 碳氮共渗工艺参数的制定 ⑴碳氮共渗温度的选择 温度的升高、渗入速度显著加快。在常用的碳氮共渗温度范围内，随着温度的升高，氮的表面层浓度越来越低，而且急剧下降，而碳的含量却逐渐提高，特别是碳原子的渗入深度大大提高，但是高温下碳原子扩散加速所以碳的浓度达到一定值后又降低。 碳氮共渗温度较低时表面易形成脆性的高氮低碳化合物ε相，温度升高时可获得含氮渗碳体。另外，由于氮的作用及氮碳的共同作用，碳氮共渗后的残余奥氏体量比渗碳时多且与共渗温度有关，温度的提高残余奥氏体在渗层中的分布加深，而其数量随温度的升高先是降低而后又随温度的升高而增加。 因此，在选择碳氮共渗温度时应该遵循的原则是： ①尽可能提高渗速； ②尽可能使渗层中保存一定的氮量； ③尽可能使渗层中减少化合物层的出现； ④尽可能使渗层在淬火后残余奥氏体量调整到一定值； ⑤尽可能减少零件的变形。 综合各种因素，通常碳氮共渗温度在820～870℃之间。 ⑵碳氮共渗时间的选择 碳氮共渗工艺时间的长短主要决定于所要求的共渗层深度、共渗温度和钢

种，此外共渗剂的成分和流量以及装炉量等也都有一定的影响。共渗层深度与共渗时间的关系可以用下式表示： X=Kτ 式中：X为共渗层深度（mm），τ为共渗时间（h）, K为共渗系数。其中共渗系数与共渗温度、共渗介质和钢种有关，可通过实验测得。表2列出了常用钢种的K值。 通常在较低的温度下碳氮共渗时，表面硬度随时间的延长而迅速增加；但当共渗时间继续延长时表面硬度不再增加。而在较高的温度下碳氮共渗时，表面硬度值所对应的时间是2～3小时，如时间继续延长，表面硬度反而有下降的趋势。 表2 常用钢种的K值 ⑶碳氮共渗炉内气氛的控制 气体碳氮共渗以渗碳为主；共渗剂通常由滴入液体渗碳剂和通入氨气，液体渗碳剂通常取丙酮或煤油和稀释剂甲醇。 通常共渗气氛中，氨气含量为25～35％，对于碳氧共渗炉气的控制一般采用在稳定炉气氮气的基础上控制炉气的碳势。当采用带有稀释气介质共渗时，炉内气体介质的流量每小时应为炉膛容积的6～10倍，即保证每小时换气6～10次（称换气次数）。这样在已知炉膛尺寸、共渗介质的产气量就能计算出共渗介质的需求量，制定出炉内气氛控制的工艺参数。表3是几种常用渗剂的产气量：稀释剂除了可以控制炉内气氛成分的稳定外，还可以配合废气排出孔开启的程度控制炉内的气氛压力。

42CrMo调质钢碳氮共渗组织及性能研究

Metallurgical Engineering 冶金工程, 2015, 2, 57-63 Published Online June 2015 in Hans. https://www.wendangku.net/doc/e013382074.html,/journal/meng https://www.wendangku.net/doc/e013382074.html,/10.12677/meng.2015.22009 Study of Microstructure and Properties on Quenched and Tempered 42CrMo Steel after Carbonitriding Le Wang, Xiaoxi Wang*, Hao Xu, Zhuang Liu, Feifei Zhang, Fangxu Chen School of Mechanical & Electrical Engineering, Xuzhou Institute of Technology, Xuzhou Jiangsu Email: wl931227@https://www.wendangku.net/doc/e013382074.html,, *wxx19851109@https://www.wendangku.net/doc/e013382074.html, Received: May 13th, 2015; accepted: May 29th, 2015; published: Jun. 5th, 2015 Copyright ? 2015 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). https://www.wendangku.net/doc/e013382074.html,/licenses/by/4.0/ Abstract Using carbonitriding process, the processing of quenched and tempered 42CrMo steel surface was strengthened, and the effect of its microstructure change on mechanical properties was investi-gated. The results show that, after carbonitriding process, a carbonitride layer of 0.14 mm is pro-duced on the workpiece surface; core is transformed into cryptocrystalline martensite and ferrite; material organization has been further refined; the surface hardness of quenched and tempered 42CrMo steel is 650 HV; the yield strength is 1120 MPa; and the impact toughness can reach 84 J/cm2. The experimental results show that after carbonitriding heat treatment of the pin, quenched and tempered 42CrMo steel has better tenacity, and the product quality is improved. Keywords Quenched and Tempered 42CrMo Steel, Carbonitriding, Microstructure and Properties 42CrMo调质钢碳氮共渗组织及性能研究 王乐，王晓溪*，徐昊，刘壮，张飞飞，陈方旭 徐州工程学院机电工程学院，江苏徐州 Email: wl931227@https://www.wendangku.net/doc/e013382074.html,, *wxx19851109@https://www.wendangku.net/doc/e013382074.html, *通讯作者。

渗碳渗氮的作用及氮碳共渗和碳氮共渗的区别

渗碳：是对金属表面处理的一种，采用渗碳的多为低碳钢或低合金钢，具体方法是将工件置入具有活性渗碳介质中,加热到900--950摄氏度的单相奥氏体区,保温足够时间后,使渗碳介质中分解出的活性碳原子渗入钢件表层,从而获得表层高碳,心部仍保持原有成分. 相似的还有低温渗氮处理。这是金属材料常见的一种热处理工艺，它可以使渗过碳的工件表面获得很高的硬度，提高其耐磨程度。 渗碳是指使碳原子渗入到钢表面层的过程。也是使低碳钢的工件具有高碳钢的表面层，再经过淬火和低温回火，使工件的表面层具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持着低碳钢的韧性和塑性。 渗碳工件的材料一般为低碳钢或低碳合金钢(含碳量小于0.25%)。渗碳后﹐钢件表面的化学成分可接近高碳钢。工件渗碳后还要经过淬火﹐以得到高的表面硬度﹑高的耐磨性和疲劳强度﹐并保持心部有低碳钢淬火后的强韧性﹐使工件能承受冲击载荷。渗碳工艺广泛用于飞机﹑汽车和拖拉机等的机械零件﹐如齿轮﹑轴﹑凸轮轴等。 渗碳零件的材料一般选用低碳钢或低碳合金钢(含碳量小於0.25%)。渗碳后必须进行淬火才能充分发挥渗碳的有利作用。工件渗碳淬火后的表层显微组织主要为高硬度的马氏体加上残余奥氏体和少量碳化物﹐心部组织为韧性好的低碳马氏体或含有非马氏体的组织﹐但应避免出现铁素体。一般渗碳层深度范围为0.8～1.2毫米﹐深度渗碳时可达2毫米或更深。表面硬度可达HRC58～63﹐心部硬度为HRC30～42。渗碳淬火后﹐工件表面产生压缩内应力﹐对提高工件的疲劳强度有利。因此渗碳被广泛用以提高零件强度﹑冲击韧性和耐磨性﹐借以延长零件的使用寿命。 按含碳介质的不同﹐渗碳可分为固体渗碳﹑液体渗碳﹑气体渗碳和碳氮共渗； 渗氮，是在一定温度下一定介质中使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺。常见有液体渗氮、气体渗氮、离子渗氮。传统的气体渗氮是把工件放入密封容器中，通以流动的氨气并加热，保温较长时间后，氨气热分解产生活性氮原子，不断吸附到工件表面，并扩散渗入工件表层内，从而改变表层的化学成分和组织，获得优良的表面性能。如果在渗氮过程中同时渗入碳以促进氮的扩散，则称为氮碳共渗。常用的是气体渗氮和离子渗氮。 渗入钢中的氮一方面由表及里与铁形成不同含氮量的氮化铁，一方面与钢中的合金元素结合形成各种合金氮化物，特别是氮化铝、氮化铬。这些氮化物具有很高的硬度、热稳定性和很高的弥散度，因而可使渗氮后的钢件得到高的表面硬度、耐磨性、疲劳强度、抗咬合性、抗大气和过热蒸汽腐蚀能力、抗回火软化能力，并降低缺口敏感性。与渗碳工艺相比，渗氮温度比较低，因而畸变小，但由于心部硬度较低，渗层也较浅，一般只能满足承受轻、中等载荷的耐磨、耐疲劳要求，或有一定耐热、耐腐蚀要求的机器零件，以及各种切削刀具、冷作和热作模具等。渗氮有多种方法，常用的是气体渗氮和离子渗氮。 气体渗氮一般以提高金属的耐磨性为主要目的，因此需要获得高的表面硬度。它适用于38CrMoAl等渗氮钢。渗氮后工件表面硬度可达HV850～1200。渗氮温度低，工件畸变小，可用于精度要求高、又有耐磨要求的零件，如镗床镗杆和主轴、磨床主轴、气缸套筒等。但由于渗氮层较薄，不适于承受重载的耐磨零件。 气体参氮可采用一般渗氮法（即等温渗氮）或多段（二段、三段）渗氮法。前者是在整个渗氮过程中渗氮温度和氨气分解率保持不变。温度一般在480～520℃之间,氨气分解率为15～30%,保温时间近80小时。这种工艺适用于渗层浅、畸变要求严、硬度要求高的零件，但处理时间过长。多段渗氮是在整个渗氮过程中按不同阶段分别采用不同