软氮化

在500~580℃下对钢件表面同时渗入氮、碳原子的化学表面热处理工艺

软氮化又称氮碳共渗或铁素体氮碳共渗。是在500~580℃下对钢件表面同时渗入氮、碳原子的化学表面热处理工艺。渗氮为主，渗入少量的碳。按共渗介质状态分为固体、液体及气体三类。气体法易实现机械化、自动化，处理质量稳定，但设备较复杂，适用于大批量生产。

软氮化的发展

为了缩短氮化周期，并使氮化工艺不受钢种的限制，近一二十年间在低温氮化的工艺基础上发展了软氮化工艺。软氮化实质上是以渗氮为主的低温碳氮共渗，钢中除了氮原子的渗入，同时，还有少量的碳原子渗入，其处理结果与前述一般气体氮相比，渗层硬度较低，脆性较小，故称为软氮化。

软氮化方法分为气体软氮化和液体软氮化两大类。国内生产中应用最广泛的是气体软氮化。气体软软氮化是在含有碳、氮原子的气氛中进行低温氮、碳共渗，常用用的共渗介质有尿素、甲酰胺和三乙醇胺，它们在软氮化温度下发生热分解反应，产生活性碳、氮原子。活性碳、氮原子被工件表面吸收，通过扩散渗入工件表层，从而获得以氮为主的碳氮共渗层。Fe-C-N系的共析温度约为565℃，在此温度时，氮在a-Fe中具有最大溶解度所以气体软氮化温度常为560~570℃，氮化时间常为2~3h，因为超过2.5h，随随时间延长，氮化层深度增加很慢。

软氮化层组织和性能

由于共渗温度低，碳在a相中的溶解度仅为氮在a-Fe中溶解度的1/20。因此，钢钢经软氮化后，表面最外层可获得几微米至几十微米的白层，它是由ε相、γ`相和含氮的渗碳体Fe3(C，N)所组成，次层为0.3-0.4mm的扩散层，它主要是由γ`相相和ε相组成。化合物层的性能与碳、氮含量有很大关系。碳含量过高，虽然硬度较高，但接近于渗碳体性能，脆性增加;碳含量低，氮含量高，则趋向于纯氮相的性能，不仅硬度降低，脆性反而提高。因此，应该根据钢种及使用性能要求，控制合适的碳、氮含量。氮碳共渗后应该快冷，以获得过饱和的固溶体，造成表面残余压应力，可显著提高疲劳强度。氮碳共渗后，表面形成的化合物层也可显著提高抗腐蚀性能。

软氮化的特点

软氮化具有以下特点：

(1)共渗温度低，时间短，工件变形小。

(2)工艺不受钢种限制，碳钢、低合金钢、工模具钢、不锈钢、铸铁及铁基粉末冶金材料均可进行软氮化处理。工件经软氮化后的表面硬度与氮化工艺及材料有关。

(3)能显著地提高工件的疲劳极限、耐磨性和耐腐蚀性。在干摩擦条件下还具有抗擦伤和抗咬合等性能。

(4)由于软氮化层不存在脆性ξ相，故氮化层硬而具有一定的韧性，不容易剥落。因此，生产中软氮化已广泛应用于模具、量具、高速钢刀具、曲轴、齿轮、气缸套等耐磨工件的处理。

气体软氮化存在问题是表层中铁氮化合物层厚度较薄（0.01-0.02mm），且氮化层硬度梯度较陡，故重载条件下工作的工件不宜采用该工艺。另外，要防止炉气漏出污染环境。

软氮化工艺

（1）气体软氮化工艺

使用吸热式（或放热式）气加氨，温度570±10℃，时间1~4h。

（2）液体软氮化工艺

使用尿素:碳酸钢:氯化钾钾=3:2:2（重量）的盐浴，通过下列反应得到活性碳、氮原子：