1、第十五章钢的碳氮共渗与氮碳共渗第十五章钢的碳氮共渗与氮碳共渗第一节气体碳氮共渗一、概述 碳氮共渗（carbonitriding）是在奥氏体状态下，同时将碳、氮渗入工件表层，并以渗碳为主的化学热处理工艺。1.碳氮共渗的特点1)氮的渗入降低了渗层的相变温度(A1及A3点)，故碳氮共渗可在较低温度(860)下进行，使奥氏体晶粒可保持较细状态，因此共渗后一般都可直接淬火，并且畸变较小。第十五章钢的碳氮共渗与氮碳共渗2)氮的渗入增大了渗层中过冷奥氏体的稳定性，提高了渗层的淬透性，因此，可采用较低的淬火冷却速度，有利于减小工件淬火畸变。3)在相同处理温度下，碳氮共渗速度大于渗碳速度(此现象主要在共渗初期较
2、明显)。4)硬度一般比渗碳件略高，耐磨性比渗碳件好。2.碳氮共渗件用钢及加工路线渗碳用钢一般均可用于碳氮共渗。第十五章钢的碳氮共渗与氮碳共渗二、气体碳氮共渗剂及化学反应1.渗碳剂+氨气 用煤油或丙酮+氨气作为共渗剂，多用于滴注式井式炉或周期作业炉；吸热式气体+氨气共渗剂，多用于连续炉或生产批量较大的周期式作业炉。第十五章钢的碳氮共渗与氮碳共渗图15-1用三乙醇胺碳氮共渗后渗层碳、氮含量分布(40钢，加热40min，保温5h)2.含碳、氮的有机化合物 目前使用较多的是三乙醇胺或三乙醇胺中加入一定数量尿素的混合剂。第十五章钢的碳氮共渗与氮碳共渗三、碳氮共渗工艺(一)工艺参数确定1.碳氮共渗温度 在
3、共渗剂一定时，共渗温度不同，渗层中碳、氮含量及渗层深度将不同。图15-2共渗温度对渗层碳、氮含量分布的影响a)20钢，煤油8090滴/min，氨1.81.9L/minb)10钢，煤油+氨气，1.5h第十五章钢的碳氮共渗与氮碳共渗图15-3不同温度下碳氮共渗层深度与共渗时间的关系2.共渗时间 图15-3所示为不同温度下共渗时间对碳氮共渗层深度的影响。第十五章钢的碳氮共渗与氮碳共渗3.渗剂供应量 共渗剂中渗碳气与氨的比例，对共渗层的碳、氮含量影响很大。(二)气体碳氮共渗工艺 气体碳氮共渗温度与渗碳相近，对设备的要求与气体渗碳基本相同，各种渗碳炉均适用于碳氮共渗。第十五章钢的碳氮共渗与氮碳共渗表15
4、-1井式炉碳氮共渗各阶段煤油及氨气加入量1.有机滴液+氨气的碳氮共渗第十五章钢的碳氮共渗与氮碳共渗图15-440Cr钢汽车变速齿轮气体碳氮共渗工艺曲线40Cr钢汽车变速齿轮气体碳氮共渗工艺曲线第十五章钢的碳氮共渗与氮碳共渗图15-530CrMnTi钢制拖拉机变速齿轮的分段碳氮共渗工艺曲线30CrMnTi钢制拖拉机变速齿轮的分段碳氮共渗工艺曲线第十五章钢的碳氮共渗与氮碳共渗2.保护气+富化气+氨气的碳氮共渗 用保护气+富化气+氨气的碳氮共渗，可在井式炉、密封箱式炉及连续式气体渗碳炉内进行。(1)井式炉碳氮共渗工艺举例表15-2JT-60井式炉碳氮共渗工艺规程第十五章钢的碳氮共渗与氮碳共渗表15-
5、3连续式炉气体碳氮共渗工艺(2)连续式炉碳氮共渗工艺举例第十五章钢的碳氮共渗与氮碳共渗3.直接滴入三乙醇胺的碳氮共渗 图15-6所示为在RJJ-60井式炉用三乙醇胺的裂解气作为共渗剂的碳氮共渗工艺曲线。图15-6在RJJ-60井式炉用三乙醇胺的裂解气作为共渗剂的碳氮共渗工艺曲线第十五章钢的碳氮共渗与氮碳共渗四、碳氮共渗后的热处理 碳氮共渗后的热处理与渗碳后热处理基本相同。五、碳氮共渗层的组织与性能1.碳氮共渗层组织 共渗层的组织取决于渗层中碳、氮含量，钢种及共渗温度。第十五章钢的碳氮共渗与氮碳共渗表15-4几种常用钢种碳氮共渗层的最佳碳、氮含量第十五章钢的碳氮共渗与氮碳共渗2.碳氮共渗件的力学
6、性能(1)硬度和耐磨性图15-7常见的两种碳氮共渗层硬度分布曲线(850共渗后淬火)a)20CrMnTi钢b)30CrMnTi等三种钢第十五章钢的碳氮共渗与氮碳共渗图15-8碳氮共渗及其他热处理对20Cr钢弯曲疲劳强度的影响(2)疲劳强度第十五章钢的碳氮共渗与氮碳共渗六、碳氮共渗件的质量检验及常见缺陷 1.共渗件的质量检验碳氮共渗件质量检验的项目与渗碳件相同。2.共渗件常见缺陷 与渗碳件类似，碳氮共渗件常见缺陷也包括存在渗层网状化合物，残留奥氏体量过多，存在黑色组织，表面脱碳、脱氮，心部铁素体过多，渗层深度不够，表面硬度低等，这些缺陷的形式、形成原因及防止方法基本上与渗碳相同。第十五章钢的碳氮
7、共渗与氮碳共渗表15-5碳氮共渗层表面硬度检验方法第十五章钢的碳氮共渗与氮碳共渗图15-9碳氮共渗层中的黑点(400)碳氮共渗件常见缺陷第十五章钢的碳氮共渗与氮碳共渗图15-10碳氮共渗层中的黑色组织(黑网)碳氮共渗件常见缺陷第十五章钢的碳氮共渗与氮碳共渗第二节气体氮碳共渗 氮碳共渗（nitrocarburizing）是指工件表层同时渗入氮原子和碳原子，并以渗氮为主的化学热处理工艺。一、气体氮碳共渗剂气体氮碳共渗剂一般有三大类：(1)尿素热分解气第十五章钢的碳氮共渗与氮碳共渗(2)甲酰胺、三乙醇胺等热分解气第十五章钢的碳氮共渗与氮碳共渗表15-6氮碳共渗结果(3)氨+渗碳气第十五章钢的碳氮共渗
8、与氮碳共渗二、气体氮碳共渗工艺 1.共渗温度图15-1245钢共渗温度对化合物层深度及疏松层的影响1白色层2相化合物层3致密相化合物层4疏松相化合物层第十五章钢的碳氮共渗与氮碳共渗图15-1340Cr钢在570氮碳共渗时保温时间对渗层深度的影响2.共渗保温时间 图15-13为40Cr钢在570氮碳共渗时,保温时间对化合物层和扩散层深度的影响。第十五章钢的碳氮共渗与氮碳共渗表15-7保温时间对氮碳共渗层深度和表面硬度的影响第十五章钢的碳氮共渗与氮碳共渗3.共渗后的冷却 与精密零件渗氮后的冷却方式不同，氮碳共渗后通常采用快冷（合金钢油冷，碳钢水冷）方式，以获得过饱和的固溶体，使表面形成较大残余压应
9、力，提高疲劳强度。第十五章钢的碳氮共渗与氮碳共渗4.减少HCN污染的措施 研究表明，不管用何种方法进行气体铁素体氮碳共渗，由于渗氮和渗碳组分的相互作用，会不可避免地产生一定数量的剧毒气体氢氰酸（HCN），例如用甲醇（或乙醇）和氨气共渗时，炉内NH3会与CO发生反应：NH3+COHCN+H2O，生成HCN。5.奥氏体氮碳共渗 当在600700进行氮碳共渗时，由于氮的渗入使Ac1明显下降，使渗层处于奥氏体状态，故称此工艺为奥氏体氮碳共渗。第十五章钢的碳氮共渗与氮碳共渗三、气体氮碳共渗工艺实例 氮碳共渗前的表面清理、防渗等准备工作与气体渗氮基本相同。(1)模具钢和高速钢氮碳共渗工艺图15-14气体氮
10、碳共渗工艺曲线a)3Cr2W8V模具钢b)W18Cr4V高速钢第十五章钢的碳氮共渗与氮碳共渗(2)球墨铸铁曲轴氮碳共渗工艺图15-15球墨铸铁曲轴氮碳共渗工艺曲线第十五章钢的碳氮共渗与氮碳共渗图15-1640Cr钢调质后氮碳共渗的渗层组织四、氮碳共渗层的组织与性能1.氮碳共渗层的组织第十五章钢的碳氮共渗与氮碳共渗图15-17氮碳共渗层组织与深度(200)a)20钢氮碳共渗后300回火1hb)20Cr钢氮碳共渗(570，4.5h，甲醇+氨气,油冷)第十五章钢的碳氮共渗与氮碳共渗2.氮碳共渗层性能 (1)硬度及脆性图15-18气体氮碳共渗层硬度分布145钢240Cr33Cr2W8第十五章钢的碳氮共渗与氮碳共渗图15-19钢经不同处理后的耐磨性对比(2)耐磨性(3)疲劳强度(4)耐蚀性第十五章钢的碳氮共渗与氮碳共渗五、氮碳共渗件的质量检验及常见缺陷1.氮碳共渗件质量检验 检验项目包括共渗件外观、渗层硬度、渗层深度及金相组织等（检验方法与渗氮件相同，执行标准为GB/T 113542005钢铁零件渗氮层深度测定和金相组织检验。2.氮碳共渗件常见缺陷及预防措施 表15-8列出了氮碳共渗件常见缺陷、产生原因及预防和补救方法，供参考。第十五章钢的碳氮共渗与氮碳共渗表15-8氮碳共渗件常见缺陷、产生原因及预防措施和补救方法
