3.2 鋼的滲氮

將鋼件在一定溫度的活性氮介質(zhì)中保持一定的時(shí)間，使其表面滲入氮原子的過(guò)程稱為鋼的滲氮。滲氮能顯著提高工具的表面硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度和耐蝕性，而且滲氮的溫度比滲碳低得多，熱處理變形小，因而在工具等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。

滲氮和滲碳在氣相反應(yīng)熱力學(xué)和物質(zhì)傳遞數(shù)學(xué)模型方面有許多類似之處，然而兩者的滲層組織及強(qiáng)化機(jī)理迥異。滲碳主要是單相固溶體內(nèi)擴(kuò)散，并需在滲碳后淬火成馬氏體才能使?jié)B碳層強(qiáng)化；滲氮?jiǎng)t涉及多相反應(yīng)擴(kuò)散。普通碳鋼滲氮后應(yīng)帶著化合物層服役。含有強(qiáng)烈形成氮化物的鋼，如含有Al或V的合金滲氮鋼或含高Cr的工模具鋼的滲氮擴(kuò)散層可達(dá)很高的硬度（>1000HV），而合金鋼的化合物層脆性太大，大多數(shù)合金滲氮鋼滲氮后常常需要磨去白層，或者用控制爐氣氮?jiǎng)莸姆椒ㄒ种拼嘈曰衔飳印：辖鹪氐姆N類和含量不同，滲氮工藝和應(yīng)用范圍都有很大的區(qū)別，這就需要深入掌握滲氮層的形成規(guī)律、合金元素對(duì)滲層組織和性能的影響以及氮?jiǎng)菘刂圃淼然A(chǔ)知識(shí)，才能做到應(yīng)用自如、妙手回春。

3.2.1 鐵氮相圖

由圖3-5鐵氮相圖可見(jiàn)，F(xiàn)e和N可以形成五個(gè)單相，分別是α相、γ相、γ′相、ε相和ξ相。相圖是分析滲氮層形成的規(guī)律和滲氮層組織狀態(tài)的依據(jù)。

（1）α相 氮原子的半徑為0.071μm，僅為鐵原子半徑的1/2，故氮原子可以處于鐵點(diǎn)陣的間隙中。α相是氮在體心立方點(diǎn)陣α-Fe中的間隙固溶體，稱為含氮馬氏體，具有體心立方晶格，隨著氮含量的不同，點(diǎn)陣常數(shù)在0.28664～0.2877μm范圍內(nèi)變化，氮原子位于α-Fe點(diǎn)陣的八面體空隙中。氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在室溫下小于0.001%，在590℃時(shí)，氮的最大溶解度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）達(dá)到0.115%。

圖3-5 鐵氮相圖

（2）γ相 氮在面心立方點(diǎn)陣γ-Fe中的間隙固溶體，稱為含氮奧氏體，具有面心立方晶格，γ相的點(diǎn)陣常數(shù)隨氮含量的變化見(jiàn)圖3-5。氮原子無(wú)序地分布于γ-Fe的八面體空隙中。γ相在共析溫度590℃以上存在，共析點(diǎn)氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.35%，在650℃氮的最大溶解度為2.8%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），在γ相區(qū)淬火得到含氮馬氏體。

（3）γ′相γ′相是一種成分可變的鐵與氮的化合物，具有面心立方晶格。450℃時(shí)，氮在鐵素體中局部的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.7%～6.1%時(shí)，氮原子有序地占據(jù)在鐵原子組成的面心立方空隙位置，則出現(xiàn)面心立方晶格的γ′相氮化物。當(dāng)?shù)馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)為9.9%時(shí)，其成分相符合Fe₄N。γ′相為鐵磁相，當(dāng)溫度低于670℃時(shí)穩(wěn)定，大約在680℃以上分解，溶入ε相中。

（4）ε相ε相是一種可變成分的化合物，是氮含量變化范圍相當(dāng)寬的間隙相化合物，具有密排六方晶格，ε相的大致成分在Fe₂N～Fe₃N之間，其氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.25%～11.0%。ε相是鐵磁相。隨著溫度的升高，ε相成分范圍擴(kuò)大；隨著溫度的降低，ε相中不斷析出γ′相。

（5）ξ相ξ相的成分大致相當(dāng)于Fe₂N（氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為11.14%），是一種成分可變化的化合物，脆性大、耐蝕性強(qiáng)；在500℃以下轉(zhuǎn)變成ε相。它的形成溫度低于500℃。在500℃以上，如果ε相氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11%以上，則在緩冷時(shí)析出ξ相。

α相和γ′相具有良好的韌性，ε相隨著氮含量的增加而降低，ξ相的韌性極差，ε相具有高的耐磨性，同時(shí)具有高的抗大氣和淡水腐蝕的能力。碳在氮化物中的溶解度有限，γ′氮化物可以溶解0.2%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的碳。ε氮化物可溶解4%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的碳，因此可在滲氮后形成碳氮化合物。

在Fe-N相圖中有兩個(gè)共析轉(zhuǎn)變：

1）在590℃，w（N）為2.25%處，發(fā)生_γ→α+γ′共析轉(zhuǎn)變。

2）在650℃，w（N）為4.55%處，發(fā)生另一個(gè)共析轉(zhuǎn)變?chǔ)拧?γ′。

滲氮按使用要求分為抗磨滲氮和抗蝕滲氮兩種。滲氮的溫度在500～600℃，抗磨滲氮在590℃以下進(jìn)行。盡管純鐵不作為滲氮用材，但合金鋼的滲氮組織與純鐵相似，故以純鐵作為基礎(chǔ)進(jìn)行滲氮組織的分析依據(jù)。從Fe-N相圖可以看出，在共析溫度590℃以下，表面形成的α相，α相氮含量達(dá)到飽和后形成γ′相，γ′相氮含量達(dá)到飽和后形成ε相。純鐵在滲氮溫度下的組織由外向內(nèi)依次為ε相→γ相→α相。緩冷時(shí)ε相和α相析出γ′相。室溫下滲氮組織由表向內(nèi)為，ε相→ε+γ′相→γ′相→α相→γ′相。若ε相氮濃度很高還會(huì)析出ξ相。

從氮化層的金相組織和氮含量的分析來(lái)看，工件滲氮所造成的硬度高（表面硬化）與滲碳后的提高硬度是不同的。滲氮的硬化本質(zhì)是：氮化物以非常細(xì)小的硬質(zhì)點(diǎn)均勻地分布在回火索氏體上，起彌散硬化的效果；而滲碳則是提高工件表層的碳含量，淬火后在表面形成高碳馬氏體，以此來(lái)提高表面硬度。另外，滲碳層中的碳與滲氮層中的氮分布規(guī)律明顯不同：在滲碳層中碳含量是平均下降的，在滲碳溫下滲碳層為單相的奧氏體組織，分析其原因是滲碳溫度下碳在γ-Fe中的溶解度較大，滲碳過(guò)程就是碳在γ-Fe中的擴(kuò)散過(guò)程；滲氮層氮含量由表及里呈跳躍式降低，形成了多相結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散層，只有單相區(qū)（ε、γ′、α）相毗鄰，無(wú)兩相區(qū)，產(chǎn)生的原因是滲氮過(guò)程中，氮從鋼件表面向內(nèi)層擴(kuò)散，當(dāng)?shù)刻幱谶^(guò)飽和狀態(tài)時(shí)，會(huì)生成化合物（發(fā)生相結(jié)構(gòu)的變化）。

3.2.2 氣體滲氮

所謂氣體滲氮是把工件置于氣體介質(zhì)中進(jìn)行的滲氮，由于其操作簡(jiǎn)單，成本低，質(zhì)量穩(wěn)定，國(guó)內(nèi)外普遍使用。一般的氣體滲氮采用脫水的氨氣作為供氮?jiǎng)?/p>

刀具滲氮在成品制成后進(jìn)行，滲氮溫度正好是高速工具鋼刀具的回火溫度（550～570℃）。模具在滲氮前一般進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，熱作模具淬火后進(jìn)行高溫回火再進(jìn)行滲氮，滲氮溫度不得高于其高溫回火溫度。

為了使?jié)B氮的效果更好，模具材料應(yīng)選擇含Al、Cr、Mo元素的鋼，以便于滲氮后形成AlN、CrN、Mo₂N；鋼中不含這些元素，則滲氮層硬度低，不足以提高模具的耐磨性。

高速工具鋼刀具和模具滲氮時(shí)，加熱溫度常用520～580℃。滲氮時(shí)部分氨氣分解成活性氮原子和氫，分解反應(yīng)如下：

2NH₃=2[N]+3H₂（吸熱反應(yīng)）

活性[N]原子只有少部分被鋼吸收，大部分都互相結(jié)合成N₂，與H₂一起排出爐外。氨分解率是滲氮過(guò)程重要的工藝參數(shù)。氨分解率=

向滲氮爐中供給的氨氣流量越大，則氨的分解率越小；反之，則分解率越高。操作時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)氨的流量便可控制氨的分解率。

1.滲氮前的準(zhǔn)備

在工具整個(gè)制造過(guò)程中，滲氮往往是最后一道工序。為了使工件的心部具有必要的性能，消除切削加工應(yīng)力，減少滲氮過(guò)程的變形，以及為最終滲氮獲得理想的組織作準(zhǔn)備，模具在滲氮前大都作預(yù)備熱處理，即進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，以獲得回火索氏體組織。熱作模具滲氮僅為提高表面耐磨性，回火溫度都高于滲氮溫度。

對(duì)于精密復(fù)雜的模具，在機(jī)械加工后、滲氮前應(yīng)在空氣爐中作去應(yīng)力處理。

脫碳層導(dǎo)致工模具滲氮后脆性的增加及硬度不足等缺陷，為此工具在滲氮前應(yīng)確保無(wú)脫碳現(xiàn)象。

為了使?jié)B氮順利進(jìn)行，工模具在裝爐前需要用汽油或酒精等除油、脫脂，經(jīng)過(guò)清洗后的工具表面不能有銹蝕及洗滌不凈的臟物。

不需滲氮的部位，可用涂料防滲。

為了檢查滲氮質(zhì)量，可在滲氮罐的適當(dāng)部位，放置與工具材料相同、并經(jīng)同樣預(yù)備熱處理的試樣，以便檢查滲氮層深度、表面硬度和金相組織。

2.滲氮介質(zhì)及設(shè)備

滲氮用氨氣為工業(yè)用合成液氨。滲氮可在密封的箱式爐或井式爐中進(jìn)行。氨氣由液氨瓶經(jīng)過(guò)流量計(jì)、干燥箱進(jìn)入滲氮罐，罐要求密封，罐內(nèi)溫度及氣流應(yīng)均勻。用氨分解率測(cè)定儀測(cè)量氨分解的程度。

3.滲氮工藝參數(shù)

滲氮溫度一般在500～580℃，滲氮時(shí)間根據(jù)工具滲氮層深度的要求而定。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，滲氮溫度為510℃、滲層深度≤0.4mm時(shí)，38CrMoAlA鋼的滲氮速率為0.01～0.015mm/h。

實(shí)踐證明：溫度對(duì)滲氮層表面硬度及層深影響較大。在工藝范圍內(nèi)，溫度越低，滲氮層表面硬度越高；滲層越淺，畸變?cè)叫。环粗瑴囟仍礁撸瑵B氮層表面硬度降低，滲層深度增加，畸變?cè)龃蟆B氮后的硬度不僅取決于溫度，還與氨的分解率有關(guān)。滲氮時(shí)間取決于所要求的滲氮層深度及滲氮溫度。從宏觀上講，滲氮是在較低的溫度下進(jìn)行的，滲氮速度甚低。與滲碳相比，滲氮層深度比滲碳層深度淺，過(guò)深的滲氮層深度則需要更長(zhǎng)的滲氮時(shí)間。

現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中，常采用三種滲氮方法：

（1）一段滲氮法 又稱等溫滲氮法，在滲氮過(guò)程中滲氮溫度和氨分解率保持不變。滲氮溫度一般為500～520℃，滲氮時(shí)間為40～48h，氨分解率控制在20%～50%。其特點(diǎn)是溫度較低、工件畸變小、適用于硬度高、變形小的淺層滲氮，滲氮層含量分布較陡。

（2）二段滲氮法 第一階段采用較低的滲氮溫度和較低的氨分解率，使工件表層形成彌散度高的高硬度合金氮化物層；第二階段再稍微提高滲氮溫度和氨分解率，使氮的擴(kuò)散速度加快，以便縮短滲氮時(shí)間。和一段滲氮相比，二段滲氮法處理的工件變形稍大，硬度梯度較平緩，但滲速較快，生產(chǎn)周期較短。

（3）三段滲氮法 是在二段滲氮法的基礎(chǔ)上再增加一段低溫階段，可以適當(dāng)提高氨分解率，以減少工模具表面高氮脆性或者采取與第一階段相同的氨分解率，以補(bǔ)充工模具表面氮含量的消耗。

為了減少滲氮層的脆性，可在滲氮結(jié)束前進(jìn)行2～3h退氮處理，即將氨分解率提高到90%以上。幾種工模具鋼氣體氮化工藝規(guī)范見(jiàn)表3-19。

表3-19 部分工模具鋼氣體滲氮工藝

3.2.3 離子滲氮

在低于1個(gè)大氣壓的滲氮?dú)夥罩校帢O（工件）與陽(yáng)極（容器）之間產(chǎn)生輝光放電進(jìn)行滲氮的工藝稱為離子滲氮。在真空室內(nèi)，陰極陽(yáng)極之間通高壓（400～1100V）直流電，可使通入真空的氨（或C、H混合物）電離，并在工件周圍產(chǎn)生輝光放電，使氮離子向工件（陰極）表面沖擊，加熱工件并在表面富集FeN，分解后滲入。離子滲氮的主要工藝參數(shù)如下：

（1）真空度 一般為1.33～13.3Pa。

（2）氣體壓力 常用266～798Pa。

（3）電流密度0.5～5mA/cm²。

（4）電壓 加熱電壓為550～750V；在保溫階段，電壓應(yīng)比加熱階段略低，通常為550～650V，工件形狀簡(jiǎn)單的為650V，形狀復(fù)雜的為550V。

（5）滲氮溫度 一般為450～600℃，即使在400℃以下也能進(jìn)行滲氮處理。滲氮溫度低時(shí)滲層薄，溫度過(guò)高時(shí)氮化物粗化、硬度下降并降低抗粘結(jié)能力。現(xiàn)在工廠多采用520～550℃。模具的離子滲氮層深度以≤0.3mm為宜，刀具應(yīng)更薄些。

（6）滲氮時(shí)間 模具的離子滲氮時(shí)間主要取決于模具材料、要求的滲氮層深度及滲氮溫度。模具的離子滲氮時(shí)間一般為1～6h，刀具的離子滲氮時(shí)間更短。

（7）滲氮?dú)夥?目前的離子滲氮一般使用的是預(yù)先經(jīng)過(guò)熱分解的氨氣，可以較好地解決直接通氨進(jìn)行離子滲氮所產(chǎn)生的一些缺陷，而且方法簡(jiǎn)單。有些單位采用N₂與H₂的混合氣進(jìn)行滲氮，H₂作為稀釋氣體加入可調(diào)節(jié)滲氮?dú)夥盏牡獎(jiǎng)荩瑥亩^容易地對(duì)滲氮組織進(jìn)行控制，提高工模具滲氮質(zhì)量。

和上述的氣體滲氮相比，離子滲氮有下列優(yōu)點(diǎn)：

（1）滲入速度快 在滲氮溫度和保溫時(shí)間相同的情況下，離子滲氮所得到的滲氮層深度明顯大于氣體滲氮層深度，特別是在淺層滲氮時(shí)（滲層≤0.20mm），離子滲氮的速度是氣體滲氮速度的2倍以上。

（2）零件變形小 由于離子滲氮通過(guò)陰極濺射進(jìn)行，抵消一部分因氮的滲入引起工件尺寸的脹大，同時(shí)離子滲氮的溫度比較低。

（3）滲氮組織易于控制 通過(guò)調(diào)節(jié)滲氮?dú)怏w的成分可以對(duì)滲層的組織進(jìn)行控制，并可降低工件的脆性。

（4）易于實(shí)現(xiàn)局部滲氮 用機(jī)械屏蔽法即可對(duì)非滲氮部位進(jìn)行有效的保護(hù)，比氣體滲氮采用鍍銅或涂料保護(hù)經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便。

（5）可用于不銹鋼刀具、模具的滲氮 由于離子轟擊的作用，可以自動(dòng)去除不銹鋼、耐熱鋼工具表面的鈍化膜，可直接進(jìn)行不銹鋼工具的滲氮。

離子滲氮前的準(zhǔn)備工作：

（1）做好預(yù)備熱處理 有些冷作模具，需調(diào)質(zhì)后再滲氮。模具調(diào)質(zhì)后的基體組織為回火索氏體，可提高模具基體強(qiáng)度、韌性及疲勞性能。同等條件下，調(diào)質(zhì)后模具的滲氮層深度可提高20%以上，硬度也有所提高。例如，38CrMoAlA鋼制模具520℃×8h離子滲氮，經(jīng)調(diào)質(zhì)試樣滲層平均硬度為1288HV5，滲層厚度為0.36mm；未調(diào)質(zhì)試樣滲層平均硬度為1028HV5，滲層厚度為0.28mm。

（2）去應(yīng)力退火 為了減少零件滲氮后變形，在半精加后，施以550～600℃×2～3h去應(yīng)力處理，可減少工具滲氮后的畸變量。

（3）脫脂去銹 滲氮前應(yīng)脫脂除銹，清除飛邊毛刺，消除弧光放電源。

（4）應(yīng)進(jìn)行設(shè)備極限真空度試驗(yàn) 爐子應(yīng)在限定的時(shí)間內(nèi)達(dá)到6.65Pa。否則，若沒(méi)有足夠的極限真空度，則易引起工具在滲氮和冷卻過(guò)程中氧化，加大氮原子擴(kuò)散阻力。

（5）爐子的真空保持（即壓升率）當(dāng)爐壓每分鐘上升0.133～0.266Pa時(shí)，即能滿足滲氮工藝要求。一般開(kāi)爐與爐后即作一次真空保持試驗(yàn)。

離子滲氮是在模具上應(yīng)用較多、使用效果較好的一種表面強(qiáng)化方法，在熱鍛模、冷熱擠壓模、冷沖模、冷鐓模、滾絲模、拉絲模等模具中應(yīng)用廣泛。

3.2.4 其他滲氮方法

1.固體滲氮

滲劑由活性劑和填充劑兩部分組成，將工件和粒狀滲劑放入密封的鐵箱中加熱、保溫，滲氮工藝為520～570℃×2～16h。此法方便靈活，但應(yīng)用較少。

2.鹽浴滲氮

鹽浴滲氮即在含氮熔鹽中滲氮。常用熔鹽配方（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：50%CaCl₂+30%BaCl₂+20%NaCl，鹽浴中通氨；亞硝酸銨（NH₄NO₂）；亞硝酸銨+氯化銨。滲氮溫度為450～580℃。滲氮時(shí)間根據(jù)滲層要求確定。

3.真空脈沖滲氮

先把爐罐抽到1.33Pa的真空度，加熱到530～560℃的滲氮溫度，通氮?dú)庵?0～70kPa，保持2～10min，繼續(xù)抽到5～10kPa，反復(fù)進(jìn)行。

4.加壓滲氮

通氨氣使?fàn)t內(nèi)工作壓力提高到300～5000kPa。此時(shí)氨分解率降低，氣氛活性提高，滲氮速度快，質(zhì)量好。加壓滲氮溫度為500～600℃。

5.流態(tài)床滲氮

流態(tài)床滲氮即在流態(tài)床中通入滲氮?dú)夥眨灰部刹捎妹}沖流態(tài)床滲氮，即在保溫期使供氨量降到加熱時(shí)的10%～20%。滲氮溫度為500～600℃。使用流態(tài)床滲氮，能減少70%～80%氨消耗量，節(jié)能40%左右。

6.催化滲氮

（1）潔凈滲氮法 按滲氮罐容積向罐內(nèi)加入0.15～0.6kg/m³與硅砂混合的NH₄Cl。

（2）CCl₄催化法 在開(kāi)始滲氮的1～2h中，往爐罐通入50～100mL/m³的CCl₄。

（3）稀土催滲法 將稀土化合物溶入有機(jī)溶劑，再通入爐罐。

滲劑采用NH₃+NH₄Cl，滲氮溫度為500～600℃。

7.電解氣相催滲

干燥氨通過(guò)電解槽和冷凝器再入爐罐滲氮。滲劑有以下三種：

1）含Ti的酸性電解液。海綿鈦：5～10g/L；工業(yè)純硫酸：30%～50%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）；NaCl：150～200g/L；NaF：30～50g/L。

2）NaCl、NH₄Cl各100g的飽和水溶液中加入110～200mL HCl和25～100mL甘油，最后加水至1000mL。

3）NaCl400g，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%的H₂SO₄200mL，加水至1500mL，也可再加甘油200mL。滲氮溫度為500～600℃。

8.高頻感應(yīng)滲氮

將滲氮工件置于耐熱陶瓷或石英玻璃容器中，進(jìn)行高頻感應(yīng)加熱，容器中通氨或工件表面涂膏劑。滲劑為NH₃或含氮化合物膏劑。滲氮溫度為520～560℃。

9.短時(shí)滲氮

保持適當(dāng)?shù)陌狈纸饴剩m當(dāng)提高滲氮溫度，可在各種合金鋼、碳鋼表面獲得6～15μm化合物層。滲氮溫度為560～580℃，保溫時(shí)間為2～4h，氨分解率為40%～50%，表面層硬度高。

3.2.5 滲氮工藝發(fā)展動(dòng)向

滲氮工藝應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)數(shù)十載，很多工藝很成熟，產(chǎn)生了較大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。為了滿足生產(chǎn)技術(shù)不斷發(fā)展的需要，隨著滲氮成果的不斷積累，滲氮工藝也與時(shí)俱進(jìn)，有許多新的滲氮工藝值得關(guān)注。

1.表面納米化滲氮

表面納米化滲氮技術(shù)，是滲氮技術(shù)的重大發(fā)展。在滲氮之前，預(yù)先對(duì)工件表面進(jìn)行超聲波噴丸，由于鋼丸無(wú)定向地不斷撞擊工件表面，造成不斷變化的塑性變形，導(dǎo)致晶粒破碎，獲得晶粒尺寸為納米級(jí)組織，具有大量的晶界。在隨后的滲氮過(guò)程中，氮原子沿晶界向內(nèi)迅速擴(kuò)散，因而提高了滲氮的速度。納米化滲氮的優(yōu)點(diǎn)是：

1）顯著提高滲氮的速度。

2）明顯提高滲氮層的硬度。

3）滲氮溫度低，有利于減少滲氮變形。

表面納米化滲氮技術(shù)的發(fā)明，開(kāi)拓了一個(gè)重要的表面強(qiáng)化發(fā)展方向，在理論上和應(yīng)用上都有重大的價(jià)值，我們應(yīng)關(guān)注這一動(dòng)向。

2.滲氮氧化復(fù)合處理

滲氮后不再進(jìn)行磨削的工件，可以在滲氮結(jié)束以后、工件出爐之前，施以氧化復(fù)合處理。滲氮結(jié)束后就停止通氨，并隨即向爐內(nèi)滴蒸餾水或通入水蒸氣，直至將滲氮爐內(nèi)的剩余氨排凈。在水蒸氣的作用下，工件表面形成致密的氧化膜，有降低摩擦因數(shù)的作用，呈淺藍(lán)色的氧化膜也比較美觀，而且待水蒸氣將氨驅(qū)趕之后再打開(kāi)爐蓋，可以避免氨臭，也不失為一種可取的操作方法。

滲氮后附加的氧化復(fù)合處理，也可以結(jié)合降溫過(guò)程進(jìn)行。

3.短時(shí)滲氮與脈沖滲氮

傳統(tǒng)的滲氮時(shí)間很長(zhǎng)，滲層深度為0.30～0.50mm時(shí)往往要幾十個(gè)小時(shí)。近年來(lái)，短時(shí)滲氮工藝發(fā)展很快，工藝曲線如圖3-6所示。

此工藝適合于一般工件，對(duì)于那些容易變形和尺寸精度要求高的工模具，或者回火溫度低于560℃的工件，可將滲氮溫度降至500～510℃，滲氮時(shí)間為3～10h。

圖3-6 短時(shí)滲氮工藝曲線

短時(shí)滲氮完全可以取代應(yīng)用較廣的鐵素體氮碳共滲（軟氮化），能保留后者全部?jī)?yōu)點(diǎn)，又可以消除氰根對(duì)環(huán)境的污染，并節(jié)約了滲劑消耗，操作十分方便，是一種應(yīng)用前途遠(yuǎn)大的滲氮新工藝。

真空脈沖滲氮也是一種很有發(fā)展前途的滲氮新工藝。操作如下：向真空爐通入氨氣，即工件裝入真空爐后開(kāi)始起動(dòng)機(jī)械泵抽氣，當(dāng)真空度達(dá)到設(shè)定值（多為1.33Pa）時(shí)，通電升溫，同時(shí)繼續(xù)抽真空，保持爐內(nèi)的真空度，爐溫達(dá)到要求的滲氮溫度后，保溫一定的時(shí)間，其目的是凈化工件表面、對(duì)工件進(jìn)行透燒加熱，然后停止抽真空，向爐內(nèi)通入干燥的氨氣，使?fàn)t壓升高至50～70Pa，保持一定的時(shí)間，再抽真空保持一定的時(shí)間，再通入氨氣，如此反復(fù)進(jìn)行多次，直到滲層達(dá)到要求為止。在整個(gè)滲氮過(guò)程中爐溫保持不變，根據(jù)鋼種及滲氮技術(shù)要求不同，滲氮溫度在530～560℃之間選擇。

4.高速工具鋼刀具短時(shí)滲氮

高速工具鋼中含有大量的和氮有親和力的元素，滲氮后表面硬度、熱硬性和耐磨性都有明顯提高。但是如果滲氮時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，就會(huì)在表面出現(xiàn)化合物層，并在擴(kuò)散層中出現(xiàn)大量的網(wǎng)狀氮化物，這類滲層的脆性很大，導(dǎo)致刀具崩刃，不能切削。所以，高速工具鋼刀具應(yīng)采取短時(shí)滲氮工藝，而且氮?jiǎng)輵?yīng)明顯低于氮?jiǎng)蓍T(mén)檻值。通常，氨分解率控制在80%以上，以獲得表面無(wú)白層的純擴(kuò)散層組織，且擴(kuò)散層中不能有網(wǎng)狀碳化物。滲氮層的總深度控制在0.02～0.1mm范圍內(nèi)，高速工具鋼刀具短時(shí)滲氮的溫度可選用560℃，滲氮時(shí)間為15～30min；若選擇500℃，時(shí)間為0.3～1h。具體的滲氮時(shí)間和滲層深度，根據(jù)刀具刃口的形狀和切削條件而定。