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　　河南安潤(rùn)金屬表面處理有限公司是在武漢熱處理有限公司、武漢豐而順熱處理設(shè)備有限公司、中南民族大學(xué)等離子體研究所等單位的大力支持下成立的一家采用新技術(shù)工藝的技術(shù)服務(wù)企業(yè)，專(zhuān)門(mén)承接金屬零部件的離子氮化工藝處理服務(wù)?！　」緭碛卸嗯_(tái)金屬表面離子滲氮設(shè)備及特種材料滲氮爐，設(shè)備由計(jì)算機(jī)全程控制，實(shí)現(xiàn)高硬度、高精度的氮化處理，被氮化的產(chǎn)品變型小，耐磨性及耐腐蝕性強(qiáng)，外觀金黃銀亮是一種全新的滲氮方法，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、造船、塑料機(jī)械、紡織機(jī)械、石化機(jī)械、儀器、齒輪、驅(qū)動(dòng)軸、蝸輪與蝸桿、機(jī)床主軸、擠壓機(jī)桿、套筒、凸輪、瓦楞紙軋輥、絲桿、曲軸、閥、模具、減速機(jī)的同步環(huán)、液壓缸、導(dǎo)向板等許多領(lǐng)域。

　　模具熱處理變形是模具處理過(guò)程的主要缺陷之一，對(duì)一些復(fù)雜模具，常因熱處理變形而報(bào)廢，因此控制復(fù)雜模具的變形一直成為熱處理生產(chǎn)中的關(guān)鍵問(wèn)題。　　眾所周知，模具在熱處理時(shí)，特別是在淬火過(guò)程中，由于模具截面各部分加熱和冷卻速度的不一致而引起的溫度差，加之組織轉(zhuǎn)變的不等時(shí)性等原因，使得模具截面各部分體積脹縮不均勻，組織轉(zhuǎn)變的不均勻，從而引起“組織應(yīng)力”和模具內(nèi)外溫差所引起的熱應(yīng)力。當(dāng)其內(nèi)應(yīng)力超過(guò)模具的屈服*限時(shí),就會(huì)引起模具的變形。　　因此，減少和控制復(fù)雜模具變形乃是廣大熱處理工作者的一項(xiàng)重要的研究課題。　　本文就復(fù)雜模具變形狀況、變形原因的研究，來(lái)探討減少和控制復(fù)雜模具變形的措施，以提高模具產(chǎn)品的質(zhì)量和使用壽命?！　∫?、模具材料的影響　　1.模具的選材　　某機(jī)械廠從選材和熱處理簡(jiǎn)便考慮，選擇T10A鋼制造截面尺寸相差懸殊、要求淬火后變形較小的較復(fù)雜模具，硬度要求56-60HRC。熱處理后模具硬度符合技術(shù)要求，但模具變形較大，無(wú)法使用，造成模具報(bào)廢。后來(lái)該廠采用微變形鋼Cr12鋼制造，模具熱處理后硬度和變形量都符合要求?！　∫虼酥圃鞆?fù)雜、要求變形較小的模具，要盡量選用微變形鋼，如空淬鋼等?！　?.模具材質(zhì)的影響　　某廠送來(lái)一批Cr12MoV鋼較復(fù)雜模具，模具都帶有￠60mm圓孔，模具熱處理后，部分模具圓孔出現(xiàn)橢圓，造成模具報(bào)廢?！　∫话銇?lái)說(shuō)Cr12MoV鋼是微變形鋼，不應(yīng)該出現(xiàn)較大變形。我們對(duì)變形嚴(yán)重的模具進(jìn)行金相分析發(fā)現(xiàn)，模具鋼中含有大量共晶碳化物，且呈帶狀和塊狀分布。　　(1)模具橢圓(變形)產(chǎn)生的原因　這是因?yàn)槟＞咪撝谐室欢ǚ较蚍植嫉牟痪鶆蛱蓟锏拇嬖?，碳化物的膨脹系?shù)比鋼的基體組織小30%左右，加熱時(shí)它阻止模具內(nèi)孔膨脹，冷卻時(shí)又阻止模具內(nèi)孔收縮，使模具內(nèi)孔發(fā)生不均勻的變形，使模具的圓孔出現(xiàn)橢圓。　　(2)預(yù)防措施　 ①在制造復(fù)雜模具時(shí)，要盡量選擇碳化物偏析較小的模具鋼，不要圖便宜，選用小鋼廠生產(chǎn)的材質(zhì)較差鋼材。②對(duì)存在碳化物嚴(yán)重偏析的模具鋼要進(jìn)行合理鍛造，來(lái)打碎碳化物晶塊，降低碳化物不均勻分布的等級(jí)，消除性能的各向異性。③對(duì)鍛后的模具鋼要進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理，使之獲得碳化物分布均勻、細(xì)小和彌散的索氏體組織、從而減少?gòu)?fù)雜模具熱處理后的變形。④對(duì)于尺寸較大或無(wú)法鍛造的模具，可采用固溶雙細(xì)化處理，使碳化物細(xì)化、分布均勻，棱角圓整化，可達(dá)到減少模具熱處理變形的目的。　　二、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響　　有些模具選材和鋼的材質(zhì)都很好，往往因?yàn)槟＞呓Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，如薄邊、尖角、溝槽、突變的臺(tái)階、厚薄懸殊等，造成模具熱處理后變形較大?！　?、變形的原因　　由于模具各處厚薄不均或存在尖銳圓角，因此在淬火時(shí)引起模具各部位之間的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力的不同，導(dǎo)致各部位體積膨脹的不同，使模具淬火后產(chǎn)生變形?！　?、 預(yù)防措施　　設(shè)計(jì)模具時(shí)，在滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)需要的情況下，應(yīng)盡量減少模具厚薄懸殊，結(jié)構(gòu)不對(duì)稱(chēng)，在模具的厚薄交界處，盡可能采用平滑過(guò)渡等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。根據(jù)模具的變形規(guī)律，預(yù)留加工余量，在淬火后不致于因?yàn)槟＞咦冃味鼓＞邎?bào)廢。　　對(duì)形狀特別復(fù)雜的模具，為使淬火時(shí)冷卻均勻，可采用給合結(jié)構(gòu)。　　三、模具制造工序及殘余應(yīng)力的影響　　在工廠經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，一些形狀復(fù)雜、精度要求高的模具，在熱處理后變形較大，經(jīng)認(rèn)真調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，模具在機(jī)械加工和熱處理未進(jìn)行任何預(yù)先熱處理?！　?、 變形原因　　在機(jī)械加工過(guò)程中的殘余應(yīng)力和淬火后的應(yīng)力疊加，了模具熱處理后的變形?！　?、 預(yù)防措施　　(1)粗加工后、半精加工前應(yīng)進(jìn)行一次去應(yīng)力退火，即(630-680)℃×(3-4)h爐冷至500℃以下出爐空冷，也可采用400℃×(2-3)h去應(yīng)力處理?！　?2)降低淬火溫度，減少淬火后的殘余應(yīng)力?！　?3) 采用淬油170℃出油空冷(分級(jí)淬火)。　　(4)采用等溫淬火工藝可減少淬火殘余應(yīng)力。　　采用以上措施可使模具淬火后殘余應(yīng)力減少，模具變形較小?！　∷摹崽幚砑訜峁に嚨挠绊憽　?、加熱速度的影響　　模具熱處理后的變形一般都認(rèn)為是冷卻造成的，這是不正確的。模具特別是復(fù)雜模具，加工工藝的正確與否對(duì)模具的變形往往產(chǎn)生較大的影響，對(duì)一些模具加熱工藝的對(duì)比可明顯看出，加熱速度較快，往往產(chǎn)生較大的變形。　　(1)變形的原因　　任何金屬加熱時(shí)都要膨脹，由于鋼在加熱時(shí)，同一個(gè)模具內(nèi)，各部分的溫度不均(即加熱的不均勻)就必然會(huì)造成模具內(nèi)各部分的膨脹不一致性，從而形成因加熱不均的內(nèi)應(yīng)力。在鋼的相變點(diǎn)以下溫度，不均勻的加熱主要產(chǎn)生熱應(yīng)力，超過(guò)相變溫度加熱不均勻，還會(huì)產(chǎn)生組織轉(zhuǎn)變的不等時(shí)性，既產(chǎn)生組織應(yīng)力。因此加熱速度越快，模具表面與心部的溫度差別越大，應(yīng)力也越大，模具熱處理后產(chǎn)生的變形也越大?！　?2)預(yù)防措施　　對(duì)復(fù)雜模具在相變點(diǎn)以下加熱時(shí)應(yīng)緩慢加熱，一般來(lái)說(shuō)，模具真空熱處理變形要比鹽浴爐加熱淬火小得多。采用預(yù)熱，對(duì)于低合金鋼模具可采用一次預(yù)熱(550-620℃);對(duì)于高合金剛模具應(yīng)采用二次預(yù)熱(550-620℃和800-850℃)?！　?、加熱溫度的影響　　一些廠家為了保證模具達(dá)到較高硬度，認(rèn)為需提高淬火加熱溫度。但是生產(chǎn)實(shí)踐表明，這種做法是不恰當(dāng)?shù)?，?duì)于復(fù)雜模具，同樣是采用正常的加熱溫度下進(jìn)行加熱淬火，在允許的上限溫度加熱后的熱處理變形要比在允許的下限溫度加熱的熱處理變形大得多?！　?1)變形原因　　眾所周知，淬火加熱溫度越高，鋼的晶粒越趨長(zhǎng)大，由于較大晶粒能使淬透性增加，則使淬火冷卻時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力越大。再之，由于復(fù)雜模具大多由中高合金鋼制造，如果淬火溫度高，則因Ms點(diǎn)低，組織中殘留奧氏體量增多，加大模具熱處理后變形。　　(2)預(yù)防措施　　在保證模具的技術(shù)條件的情況下合理選擇加熱溫度，盡量選用下限淬火加熱溫度，以減少冷卻時(shí)的應(yīng)力，從而減少?gòu)?fù)雜的熱處理變形?！　∥?、殘留奧氏體的影響　　一些高合金模具鋼，如Cr12MoV鋼模具在淬火和低溫回火后，模具的長(zhǎng)、寬、高皆發(fā)生縮小現(xiàn)象，這是因?yàn)槟＞叽慊鸷髿埩魥W氏體量過(guò)多而引起的?！　?、變形原因　　因合金鋼(如Cr12MoV鋼)淬火后含有大量殘留奧氏體，鋼中各種組織有不同的比體積，奧氏體的比體積小，這是高合金鋼模具淬火低溫回火后體積發(fā)生縮小的主要原因。鋼的各種組織的比體積按下列順序遞減：馬氏體-回火索氏體-珠光體-奧氏體　　2、預(yù)防措施　　(1)適當(dāng)降低淬火溫度。正如前面敘述過(guò)的淬火加熱溫度越高，殘留奧氏體量越大，因此選擇適當(dāng)?shù)拇慊鸺訜釡囟仁菧p少模具縮小的重要措施。一般在保證模具技術(shù)要求的情況下，要考慮模具的綜合性能，適當(dāng)降低模具的淬火加熱溫度?！　?2)一些數(shù)據(jù)表明，Cr12MoV鋼模具淬火后，500℃回火較200℃回火的殘留奧氏體量少了一半，所以在保證模具技術(shù)要求的前提下，應(yīng)適當(dāng)提高回火溫度。生產(chǎn)實(shí)踐表明：Cr12MoV鋼模具500℃回火模具變形量小，而硬度降低不多(2~3HRC)?！　?3)模具淬火后采取冷處理是減少殘留奧氏體量的*佳工藝，也是減少模具變形、穩(wěn)定使用時(shí)發(fā)生尺寸變化的措施，因此復(fù)雜模具一般應(yīng)采用深冷處理。

　　不銹鋼多用于強(qiáng)化學(xué)腐蝕的工況下,在醫(yī)藥、食飲等民用加工業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。但由于硬度低、耐磨性差,使其在許多場(chǎng)合應(yīng)用受到制約。如在顆粒懸浮液中、零件處于相對(duì)摩擦工況時(shí),耐磨性就成為突出矛盾。近20年來(lái),離子滲氮技術(shù)的發(fā)展和完善為不銹鋼表面硬化開(kāi)創(chuàng)了重要的技術(shù)途徑,離子滲氮已成為不銹鋼、鈦及其合金表面強(qiáng)化方法的較好選擇?！　?、離子滲氮處理不銹鋼的優(yōu)點(diǎn)　　(1) 不銹鋼表面通常由一層*薄**密的鈍化膜(Cr2O3、Fe2O3、NiO等)所覆蓋。這種鈍化膜堅(jiān)固穩(wěn)定,具有很強(qiáng)的阻滲效應(yīng)。在離子滲氮的工況下,由于等離子以高速能勢(shì)連續(xù)轟擊工件以及由此產(chǎn)生的濺射效應(yīng),可、全過(guò)程地摧毀不銹鋼表面的原生鈍化膜和再生鈍化膜,活化金屬亞表層,從而利于氮的吸附和擴(kuò)散?！　?2)離子滲氮在保持較高表面硬度的同時(shí),能夠硬化層深度,從而獲得更密實(shí)的滲氮層。密實(shí)的滲氮層是獲得高耐磨性的前提,有研究證明,離子滲氮的零件比氣體滲氮的零件耐磨性高 1倍,且滲層梯度平緩,與基體無(wú)明顯界限,通?？稍?500 ~550℃下進(jìn)行,離子滲速是氣體滲速的2倍。　　(3) 離子滲氮是在較低的溫度和較快的速度下進(jìn)行,故零件耐蝕性比氣體滲氮要好,光潔度更好,滲氮后單面增量形變不大于 0.02mm,比氣體滲氮小1倍,可作為件的**一道加工工序。　　(4) 離子滲氮可采用遮蓋法進(jìn)行局部掩蓋來(lái)實(shí)現(xiàn)零件局部表面滲氮,使未滲氮的不銹鋼表面仍保持原有的耐蝕性?！　?5) 離子滲氮可較充分的控制滲層組織,可添加催滲劑提高滲氮效果。試驗(yàn)表明,采用丙酮、稀土元素、鈦和多種活化劑共滲,滲速可提高 20%左右。　　2、滲氮不銹鋼的選材　　2、1　滲氮不銹鋼分類(lèi)滲氮不銹鋼主要包括馬氏體不銹鋼、奧氏體不銹鋼與沉淀硬化型不銹鋼 3類(lèi)。其中馬氏體系列的主要有 1Cr13、2Cr13、3Cr13、1Cr5Mo、1Cr13Al與 2Cr13Mo等; 奧氏體系列的主要有: 0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、Cr18Ni12Mo2Ti與 4Cr14Ni14W2Mo等;還有以 0Cr17Ni4Cu4Nb為代表的沉淀硬化型不銹鋼系列,均有良好的滲氮硬化效果。另外,鐵素體的Cr17、Cr17Ti及馬氏體奧氏體的 15CrMoV等也有良好的滲氮效果?！　?、2　滲氮不銹鋼的選材從可滲性好的角度出發(fā),選用與氮親合力強(qiáng)的多合金元素不銹鋼有利于滲氮處理。首先這些元素可使基體組織在較高溫下具有穩(wěn)定性,因此可使零件在較高溫度下進(jìn)行滲氮,也使零件變形減小,滲氮時(shí)間縮短。有資料表明,鋼中含有 0.6% ~1%釩,不但能細(xì)化晶粒,而且滲氮時(shí)在晶粒內(nèi)部和晶粒邊界析出分散的氮化物,消除鉻鋼在滲氮時(shí)沿晶粒邊界的連續(xù)氮化物網(wǎng),顯著提高滲層的耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度,適于零件保持高精度。不銹鋼中含鈦對(duì)滲氮也有良好的影響,不但可以在高溫下保持組織的穩(wěn)定性,而且是滲氮的催滲劑。當(dāng)鋼中鈦與碳比(質(zhì)量比 )為 6 5 ~9 5時(shí),可使?jié)B氮層硬度明顯提高,含鈦鋼的滲氮溫度可在600℃下進(jìn)行,滲氮后可用于中等負(fù)荷、 高摩擦和交變負(fù)荷下工作。合金元素可以在滲氮亞表面層形成細(xì)小彌散堅(jiān)硬的氮化物骨架,如Cr2N,硬度可達(dá)1600HV;含Mo的合金鋼,滲氮后形成氮碳化合物,硬度可達(dá)1800HV;Ti的滲氮物Ti2N、TiN硬度為 1200 ~2000HV;V的滲氮物硬度可達(dá) 1900HV;含Al鋼對(duì)滲氮效果更有獨(dú)到之處。實(shí)踐證明,馬氏體不銹鋼比奧氏體不銹鋼更易滲氮處理。如 2Cr13 不銹鋼離子滲氮 8h, 可形成0. 15mm的滲層和 700 ~800HV的硬度;而 1Cr18Ni9經(jīng)離子滲氮 10h僅能形成 0. 08 ~0. 12mm的滲層,即使再延長(zhǎng)時(shí)間,其后的滲速也很慢,可見(jiàn)在耐蝕性允許的情況下,為提高耐磨性 ,應(yīng)優(yōu)先考慮馬氏體不銹鋼可滲性好的優(yōu)勢(shì)。通常奧氏體不銹鋼在滲氮過(guò)程中,因氮在其中的擴(kuò)散系數(shù)遠(yuǎn)低于αFe,大量合金元素的存在(例如 1Cr18Ni9Ti含合金元素 30%左右,是 2Cr13的 2倍),它們將阻礙氮原子擴(kuò)散過(guò)程的進(jìn)行,因此可以獲得較高表面硬度,而要獲得較深滲層厚度就比較困難?！　?、3　滲氮不銹鋼的使用范圍馬氏體不銹鋼中, 1Cr13、2Cr13、3Cr13在 30℃以下、弱腐蝕介質(zhì)中(如鹽水、某些低濃度有機(jī)酸、硝酸 )均有良好的耐蝕性,對(duì)海水、淡水、水蒸汽、空氣等,也有足夠的耐蝕性;Cr17、Cr17Ti可耐氧化性酸類(lèi),如一定溫度和濃度的硝酸,以及大部分有機(jī)酸 (醋酸、蟻酸、乳酸、草酸除外 )和有機(jī)鹽的水溶液;Cr17MoTi抗酸性更高,例如對(duì)有機(jī)酸(醋酸、果酸及其熱酸 ),其耐蝕性甚至比 1Cr18Ni9還好。奧氏體不銹鋼中,以1Cr18Ni9Ti為代表,通常用在強(qiáng)腐蝕介質(zhì)中 ,特別是Cr18Ni12Mo2Ti,耐蝕性更好,多用在低濃度硫酸,沸騰磷酸、蟻酸、醋酸 、尿素,制堿等行業(yè),以及低分子環(huán)烷酸、低分子脂肪酸制作設(shè)備,用于食飲、醫(yī)藥業(yè),產(chǎn)品更“ 綠化”。以上材料,經(jīng)離子滲氮處理后,均可達(dá)到表面硬化效果,多用于離心泵的口環(huán)、軸保護(hù)套 、葉輪、承磨環(huán)、柱塞泵的活塞、連桿套等,以及攪拌器下軸套、離心機(jī)推料盤(pán)、刮刀、以及高壓閥座及閥桿等,使用壽命成倍增加。

　　離子滲氮重要的特點(diǎn)之一是可以通過(guò)控制滲氮?dú)夥盏慕M成、氣壓、電參數(shù)、溫度等因素來(lái)控制表面化合物層(俗稱(chēng)白亮層)的結(jié)構(gòu)和擴(kuò)散層組織，從而滿(mǎn)足零件的服役條件和對(duì)性能的要求?！　‰x子滲氮化合物層常遇到的氮化物相有兩種：γ，-Fe4N相和ε-Fe2-3N相，離子氮碳共滲(俗稱(chēng)軟氮化)還可能出現(xiàn)Fe3C相。γ，單相具有*小的脆性，但耐磨性較差，ε單相脆性也較小，并有較好的耐磨性和抗磨合性能。合金結(jié)構(gòu)鋼離子滲氮時(shí)一般均得到雙相(γ，+ε或ε+γ，)組織，脆性較單相大些，耐磨性較好;離子氮碳共滲得到ε+Fe3C(少量)組織，脆性并不增加，而有**的耐磨性?！　∫?、影響化合物層中ε和γ，相含量的因素　　影響離子滲氮化合物層結(jié)構(gòu)的因素很多，有滲氮?dú)夥盏挠绊懀摬某煞趾徒M織方面的影響，還有滲氮溫度、時(shí)間、氣壓等工藝方面的影響因素?！　?一)滲氮?dú)夥盏挠绊憽　‰x子滲氮?dú)夥罩械吞嫉暮渴怯绊懟衔飳酉嘟Y(jié)構(gòu)的重要因素?！　?)氣氛含氮量對(duì)化合物層相結(jié)構(gòu)的影響　　隨著氣氛含氮量增加，化合物層中ε相含量增多，白亮層也隨之增厚。如40Cr鋼用氨氣滲氮時(shí)，ε相含量相當(dāng)多，改用分解氨后則大大減少。　　2)氣氛中添加含碳?xì)怏w將γ，形成，而得到以ε相為主或ε單相結(jié)構(gòu)的化合物層?！　∪鐨夥罩屑尤氡?C3H8)后，化合物層中ε含量迅速增多，基本由ε單相組成。含碳量再增多則化合物層中開(kāi)始出現(xiàn)Fe3C，含碳量繼續(xù)增多，則Fe3C增多，ε減少直到完全消失　　離子滲氮需要嚴(yán)格控制氣氛中含碳量，使之能得到ε單相或ε+少量Fe3C的雙相組織。這樣的組織其硬度和耐磨性均比單純離子氮化有較大提高。如45鋼在含80%N2的氮?dú)錃夥罩?70℃滲氮3小時(shí)，表面硬度只有575-603HV0.5，加入丙烷氣后，當(dāng)含碳量達(dá)到臨界值(不出現(xiàn)Fe3C的**含碳量)時(shí)，ε相化合物層的硬度達(dá)730-781 HV0.5?！　?二)鋼材成分和組織的影響　　隨著鋼中含碳量及合金元素增加，氮化層中ε相也隨之增多。　　基體組織硬度較高者，滲氮層表面硬度也較高，而且化合物層較厚，其中ε相也較多?！　∫话銇?lái)說(shuō)，調(diào)質(zhì)組織滲氮化合物層中的ε相含量比正火組織少?！　?三)滲氮保溫時(shí)間的影響　　40Cr鋼化合物層厚度在滲氮初期增長(zhǎng)較快，保溫2-4小時(shí)后變化不大。而38CrMoAl鋼化合物層厚度則隨時(shí)間延長(zhǎng)而增厚，保溫24小時(shí)后，這種趨勢(shì)仍然保持著。　　一般合金結(jié)構(gòu)鋼在用分解氨滲氮時(shí)，隨保溫時(shí)間延長(zhǎng)，ε相減少，γ，相增多，長(zhǎng)時(shí)間保溫后，化合物層基本由γ，相組成?！　?四)滲氮溫度的影響　　40Cr鋼滲氮時(shí)，從500℃升到達(dá)560℃，化合物層中ε和γ，均增加，當(dāng)升到580-600℃時(shí)，ε相突然減少，γ，相數(shù)量猛增，當(dāng)溫度升到620℃，γ，相數(shù)量急劇減少，升到650℃以上則化合物層分解?！　?五)氣壓的影響　　離子滲氮化合物層的厚度在某一*佳氣壓下出現(xiàn)**值，氮化物ε相的含量和氣壓也有類(lèi)似的關(guān)系。如40Cr鋼在530℃滲氮，氣壓為400Pa時(shí)，化合物層中ε相含量*多，而在570℃滲氮，這一氣壓值為530Pa。　　二、獲得各種化合物層組織的工藝方法　　(一)γ，單相化合物層的獲得　　γ，相在室溫時(shí)它的含氮量為5.7-6.1%，相區(qū)狹窄，所以γ，單相化合物層比較薄，通常認(rèn)為可達(dá)8um。碳在γ，相中的溶解度不大，室溫時(shí)**溶碳能力為0.2%。由此可見(jiàn)，獲得γ，相的條件是滲氮表面貧碳和氮含量偏低。所以降低氣氛氮?jiǎng)荩瑥?qiáng)化脫碳過(guò)程將有利于γ，的獲得?！　∮靡韵路椒ㄖ唬梢垣@得γ，單相化合物層：　　(1)降低氣氛的含碳量　　用含氮25%的氮?dú)浠旌蠚饣蛘邿岱纸獍辈蝗菀椎玫溅茫瑔蜗嗷衔飳?，不論?8CrMoAl還是40Cr鋼，甚至碳鋼都程度不同地含有ε相，若進(jìn)一步降低氣氛含氮量到10%時(shí)，上述幾種鋼材都能得到γ，單相化合物層?！　?2)降低爐氣壓力　　低氣壓、高電壓，強(qiáng)化濺射和脫碳作用，有利于化合物層中γ，的形成。40Cr鋼和38CrMoAl鋼在含氮25%的氮?dú)錃夥罩?30℃滲氮，當(dāng)氣壓為160Pa時(shí)能得到薄薄的γ，單相化合物層，可以在保溫前1-3小時(shí)內(nèi)用低氣壓，而在以后的保溫過(guò)程中用一般氣壓滲氮。這樣γ，單相層可由1-2um增加到4-5um。提高滲氮溫度還能使它進(jìn)一步增厚?！　?3)預(yù)脫碳法　　用熱分解氨離子滲氮時(shí)，只有工業(yè)純鐵容易得到γ，單相化合物層。因此可以設(shè)想，如果使材料表面先形成一層脫碳層，隨后再滲氮，就可以得到γ，單相化合物層。如40Cr和38CrMoAl試樣先用氫氣起輝升溫，達(dá)到530℃后保溫1小時(shí)，然后改用25%N2-H2或熱分解氨繼續(xù)滲氮，都得到了γ，單相化合物層?！　?4)延長(zhǎng)離子滲氮時(shí)間　　碳鋼、40Cr等材料用分解氨離子滲氮時(shí)，隨著滲氮時(shí)間延長(zhǎng)，化合物層中ε相逐漸減少。　　(二)ε單相和ε加少量Fe3C化合物層的獲得　　離子氮碳共滲氣氛中碳量達(dá)到臨界值時(shí)，就能得到ε單相化合物層。如果超過(guò)臨界含碳量，則得到ε+Fe3C化合物層。圖2給出了45鋼在570-590℃離子氮碳共滲3小時(shí)，氣氛的組成與化合物層組織之間的關(guān)系?？梢?jiàn)，ε相單相區(qū)非常狹窄，在圖中僅僅是一條線，即是臨界含碳量曲線。這就意味著獲得ε單相的工藝性較差，氣氛配比控制得很?chē)?yán)格才能做到。否則經(jīng)常得到的是ε+Fe3C雙相化合物層。而形成ε+Fe3C化合物層的氣相配比范圍卻比較寬，生產(chǎn)上容易控制。Fe3C的存在能提高滲氮層的耐磨性，而且少量Fe3C和ε雙相化合物層的脆性并不比ε單相差。因此，離子氮碳共滲獲得ε+少量Fe3C化合物層是有利而無(wú)害的。圖2中陰影所示部分為離子氮碳共滲氣氛的配比范圍。在陰影內(nèi)，于570-590℃滲氮3小時(shí)，正火45鋼表面可以得到15-30um的ε或ε+Fe3C構(gòu)成的化合物層。氣氛含氮量低，含碳量高，化合物層較薄，反之則厚。如果不需要過(guò)厚的化合物層，可以把共滲時(shí)間縮短至1-2小時(shí)。當(dāng)然，臨界含碳量也要作相應(yīng)調(diào)整?！　‰x子氮碳共滲的溫度以570-590℃，時(shí)間以2-4小時(shí)為宜，氣壓一般用270-530Pa。　　氮?dú)饧颖楣矟B也同樣能得到ε相或ε+Fe3C化合物層。滲層表面呈銀灰色，雖然不用氫氣，但丙烷中含有的氫足以防止表面氧化。這種工藝不需要?dú)錃猓阌谠谏a(chǎn)中應(yīng)用。　　(三)用酒精和丙酮進(jìn)行離子軟氮化　　目前國(guó)內(nèi)在生產(chǎn)上常用酒精和丙酮進(jìn)行離子軟氮化，也能得到增加化合物層中ε相含量的效果。一般得到ε-Fe2-3(CN)+γ，-Fe4N雙相化合物層，但是ε相的含量較普通離子滲氮多，因而表面硬度和耐磨性都有進(jìn)一步提高?！　〔僮鲿r(shí)先通氨氣升溫，到溫后在按一定比例送入含碳?xì)夥?。酒精和丙酮蒸氣是采用?fù)壓抽入的辦法通入爐內(nèi)。在氨/乙醇和氨/丙酮的流量比為9/1-7/3范圍內(nèi)，表面硬度以8/2為**;化合物層的厚度在流量比9/1-8/2范圍內(nèi)變化不大，再增加含碳?xì)夥?，化合物層顯著減薄;不同流量比對(duì)擴(kuò)散層深度的影響不大。比較氨/乙醇和氨/丙酮這兩類(lèi)氣氛，后者能獲得更高的表面硬度，較厚的化合物層和較深的擴(kuò)散層。其混合比以氨/丙酮=9/1-8/2為好?！　∪?、無(wú)化合物層滲氮表面的獲得　　滲氮時(shí)化合物層，形成的純擴(kuò)散層組織具有很高的強(qiáng)韌性，稱(chēng)之為高韌性滲氮層?！　‘a(chǎn)生純擴(kuò)散層有兩種辦法：　　(一)兩段處理法：　　先正常離子滲氮，得到γ，或γ，+ε化合物層的擴(kuò)散層，然后采用氫、氬等氣體輝光放電，靠離子轟擊，使已形成的化合物層分解?！　?二)控制含氮量：　　在整個(gè)過(guò)程中保持等離子區(qū)的低氮?jiǎng)?，以避免在表面產(chǎn)生γ，氮化物的晶核。但此時(shí)氮?jiǎng)輵?yīng)恰好僅低于臨界值，以使擴(kuò)散層能被氮所飽和，并且在硬度和深度上不致比通常的擴(kuò)散層加化合物層降低太多。

　　與氣體滲氮相比，離子氮化具有許多優(yōu)點(diǎn)，主要表現(xiàn)在：　　(一)由于離子氮化不是依靠化學(xué)反應(yīng)作用，而是利用離子化了的含氮?dú)怏w進(jìn)行氮化處理，所以無(wú)需防止公害的環(huán)保設(shè)備。因此，離子氮化法也被稱(chēng)為二十一世紀(jì)的“綠色氮化法”。　　(二)離子氮化是在真空中進(jìn)行，因而可獲得無(wú)氧化的加工表面，也不會(huì)損壞被處理工件的表面光潔度。而且由于是在低溫下進(jìn)行處理(380℃起即可進(jìn)行氮化處理)，被處理工件的變形量小，尺寸穩(wěn)定性好，可以滿(mǎn)足模具及高精度的零部件要求，處理后無(wú)需再進(jìn)行加工，*適合于成品的處理?！　?三)氣體氮化時(shí)間長(zhǎng)表面粗糙，硬而脆不耐磨。氣體滲氮的工件，表面通常會(huì)出現(xiàn)較厚(20um以上)的化合物層，這是由ε+γ′兩相組成的不均勻混合物層，里層則為擴(kuò)散層。因此，在化合物層內(nèi)產(chǎn)生三向顯微應(yīng)力，若在此應(yīng)力方向上再略加外力，就會(huì)產(chǎn)生微小裂紋，此裂紋逐漸擴(kuò)展而使整個(gè)化合物層剝落。含鉻、鋁滲氮鋼的化合物層很脆，氣體滲氮后一般均要把它磨去后才能使用。而離子滲氮可以通過(guò)控制氣氛中氮?dú)夂蜌錃獾谋壤?，可以獲得5-30um厚的脆性較小的ε相單相層或0-8um厚的韌性γ′相單相層，也可以得到韌性更優(yōu)的無(wú)化合物層而僅有擴(kuò)散層的滲氮層，這樣可以不需要磨削直接裝機(jī)使用。　　(四)由于不銹鋼表面鈍化膜的阻礙，傳統(tǒng)的氣體氮化前做去鈍處理，因工藝十分繁雜，且不易控制，效果也難保證。離子滲氮的濺射作用可有效地除去這層鈍化膜，而無(wú)需做去鈍處理，因此離子氮化工藝為不銹鋼的表面強(qiáng)化提供了一條新的途徑?！　?五)經(jīng)離子滲氮的工件氮化層致密性好，硬度高，耐磨性、抗咬合性及抗蝕性等方面均優(yōu)于氣體滲氮。

　　離子滲氮法是由德國(guó)人B.Berghaus于1932年發(fā)明的。該法在0.1-10Torr的含氮?dú)夥罩?，以爐體為陽(yáng)*，被處理工件為陰*，在陰陽(yáng)*間加上數(shù)百伏的直流電壓，由于輝光放電現(xiàn)象便會(huì)產(chǎn)生象霓虹燈一樣的柔光覆蓋在被處理工件的表面。此時(shí)，已離子化了的氣體成份被電場(chǎng)加速，撞擊被處理工件表面使其加熱。同時(shí)依靠濺射及離子化作用等進(jìn)行氮化處理。　　綜上所述，離子氮化是在真空爐體內(nèi)，通過(guò)稀薄氣體放電，形成由離子、電子和中性粒子所構(gòu)成的局部電離狀態(tài)(即等離子體)中進(jìn)行處理的?！　‰x子滲氮開(kāi)始應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際，至今已經(jīng)有四十余年，離子滲氮已經(jīng)成為離子熱處理技術(shù)中成熟、普及、富有生命力的工藝之一。作為一種全新的滲氮方法，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、機(jī)床、造船、紡織機(jī)械、石化機(jī)械、儀器、擠壓成型機(jī)、齒輪、驅(qū)動(dòng)軸、蝸輪、蝸桿、機(jī)床主軸、套筒、凸輪、瓦楞紙軋輥、絲杠、曲軸、閥、減速機(jī)的同步環(huán)、液壓缸、導(dǎo)電碼線筒、模具、量刃具等許多領(lǐng)域、其應(yīng)用范圍隨著工藝的不斷開(kāi)發(fā)將日益擴(kuò)大。

　　離子滲氮是在低真空的含氮?dú)夥罩?，以爐體為陽(yáng)*，被處理工件為陰*，在陰陽(yáng)*間加上數(shù)百伏的直流電壓，使之產(chǎn)生的輝光放電進(jìn)行滲氮處理的化學(xué)熱處理工藝。離子滲氮有多種名稱(chēng)，如離子氮化、輝光放電氮化、離子轟擊滲氮、等離子體滲氮等。