5.2.1 气体渗氮

1.气体渗氮工艺的确定原则（见表5-26）

表5-26 气体渗氮工艺的确定原则

（续）

渗氮温度和时间对38CrMoAlA钢渗氮层深度和表面硬度的影响如图5-8所示。

图5-8 渗氮温度和时间对38CrMoAlA钢渗氮层深度和硬度的影响

a）渗氮温度和时间对渗氮层深度的影响 b）渗氮温度和时间对渗氮层硬度的影响

2.气体渗氮工艺

根据渗氮目的的不同，渗氮分为抗磨渗氮和耐蚀渗氮。根据渗氮温度的不同，抗磨渗氮分为一段渗氮、二段渗氮和三段渗氮三种。

气体渗氮工艺如表5-27所示。

表5-27 气体渗氮工艺

（续）

图5-9 38CrMoAIA钢一段渗氮工艺曲线

图5-10 38CrMoAlA钢二段渗氮工艺曲线

图5-11 38CrMoAlA钢三段渗氮工艺曲线

图5-12 短时渗氮工艺曲线

图5-13 耐蚀渗氮工艺曲线

3.渗氮前的预备热处理

为了保证渗氮零件心部有较高的综合力学性能，渗氮前一般需进行预备热处理。结构钢需进行调质处理，以获得回火索氏体组织。调质过的轴类工件，若经校直后需进行去应力退火，退火温度应高于渗氮温度20～30℃，且低于回火温度。形状复杂、畸变量要求较高的精密零件，在精加工前应进行1～2次稳定化处理，以消除机械加工引起的内应力，并保证组织稳定。稳定化处理的加热温度应介于渗氮温度与回火温度之间。对于高合金工具钢、模具钢和高速工具钢，为提高工具的使用寿命，渗氮一般在淬火后进行，但渗氮温度低于淬火后的回火温度。钢渗氮前的预备热处理规范如表5-28所示。

表5-28 钢渗氮前的预备热处理规范

4.常用钢的气体渗氮工艺参数

常用钢的气体渗氮工艺参数及效果如表5-29～表5-31所示。

表5-29 结构钢和工具钢的气体渗氮工艺参数及效果

（续）

表5-30 不锈钢和耐热钢的气体渗氮工艺参数及效果

表5-31 耐蚀渗氮工艺规范

（续）

5.氨分解率的测定

传统的氨分解率测定计是依据氨（NH₃）溶于水，而其分解产物（H₂和N₂）不溶于水的特性进行测量的；是玻璃仪器，手工操作。由于氨能溶于水，所以水占有的体积即可代表未分解氨的体积，水面以上为氨分解产物H₂和N₂所占有的体积，由刻度即可直接读出氨的分解率。

此外，还有一些新型仪器，可对氨分解率进行自动的测量与记录，可进行氨分解率的控制，从而实现可控渗氮。

6.气体渗氮工件非渗氮部位的保护

当工件的某些部位不需要渗氮时，在渗氮前必须对非渗氮部位进行保护。渗氮防渗保护方法如表5-32所示。

表5-32 非渗氮面保护方法

（续）

7.气体渗氮操作

（1）准备

1）清理渗氮罐，用压缩空气吹去管路中的积水与脏物，确保无漏气及堵塞现象。

2）检查测温仪表及氨分解率测定仪是否正常。

3）检查氨气干燥箱，干燥剂应有足够的数量，含水量应小于0.2%（质量分数）。

4）检查工件有无划痕、碰伤及变形等缺陷。用汽油、酒精或水溶性清洗剂擦洗工件表面油污、脏物和锈斑。用水溶性清洗剂擦洗过的工件应用清水漂洗干净、烘干。

5）不锈钢工件应作喷砂或磷化处理，以消除金属表面钝化膜。

6）对非渗氮面进行防护处理。

7）工装夹具必须保持干净，不得有油污和脏物，绑扎工件的铁丝和放置工件的铁丝网必须去掉表面的镀锌层（用酸洗即可去除）。

8）轴类工件应垂直吊挂，工件的摆放应有利于减小变形和氨气的流动。装炉时要同时装入同材料、同炉号、经同样预备热处理的试样。装炉后盖上炉盖，对称地拧紧螺栓。

（2）操作要点

1）升温前先排气，排气时氨的流量应比渗氮时大1倍以上，随着炉内空气的减少，也可边升温边排气，在炉温升至150℃以前排气完毕。在排气过程中，可用pH试纸（试纸用水浸湿，遇氨后变成蓝色）或盐酸棒（玻璃棒蘸盐酸，遇氨后出现白烟）检查炉罐及管道是否漏气。

2）用氨分解率测定仪器测定氨分解率，当氨分解率大于98%时，可降低氨流量，保持炉内正压，继续升温。

3）对于一般工件可不控制升温速度，而对于形状复杂、变形要求严格的工件，应在400℃左右保温2～4h，以减小变形。

4）在炉温达到500℃时，调节氨流量，使氨分解率在18%～25%之间。

5）保温阶段应保持温度和氨分解率的正确和稳定，每隔30min测定一次氨分解率，并将温度、氨分解率、氨流量及炉压记录下来。

6）氨分解率的调整方法是调整氨流量，规律是：渗氮温度一定时，增大氨流量，分解率减小；减小氨流量，分解率增大。

7）退氮完毕，切断电源，给少量氨气以保持炉内正压，待炉温降至150℃以下时，停止供氨，出炉。

8.气体渗氮的缺陷及预防措施

气体渗氮的缺陷及预防措施如表5-33所示。

表5-33 气体渗氮的缺陷及预防措施

（续）

（续）