在工件表面同時滲入氮、碳元素的工藝過程，稱為氮碳共滲。該工藝可在氣體、液體、固體等多種介質中進行。
基本介紹
- 中文名：氮碳共滲
- 外文名：nitrocarburization
- 分類：氣體、鹽浴、固體共滲
- 套用：工業生產
簡介,氮碳共滲工藝特點,滲層組織與性能,
簡介
氮碳共滲是在液體滲氮基體上發展起來，所用鹽浴是劇毒的氰鹽。為了提高鹽浴活性，促使滲氮和滲碳過程加速，通入空氣或氧氣，即產生氧化過程加大氮和碳原子的活性。由於氰鹽引起嚴重公害，又發展為加尿素為主要成分的氮碳共滲，雖然不用劇毒氰鹽，但鹽浴仍有氰酸根，且使用過程鹽浴成分不穩定，因而液體氮碳共滲工藝的套用受到限制。氣體氮碳共滲工藝由於其處理溫度低（一般500－600℃），以滲氮為主、滲碳為輔，同時滲後的性能比單一滲氮或滲碳更理想，因而使用較廣泛。
滲氮或氮碳共滲改變組織狀態，因而也改變鋼鐵材料在靜載荷和交變應力下的強度性能、摩擦性、成形性及腐蝕性。當處理溫度低於600℃時，就不會象奧氏體淬火那樣發生組織轉變，以致可以以任意速度進行冷卻，而不出現馬氏體。與淬火相比較，滲氮件和工具的尺寸和形狀變化是極微小的。因而可簡化或完全取消後加工處理，此外，能量消耗比其他熱處理稍小。在所有工業領域中，套用滲氮或氮碳共滲提高強度、抗磨損和抗腐蝕性能，已在技術上獲得廣泛套用。
氣體氮碳共滲法根據使用化學介質與工藝方法特點有
- 混合氣體氮碳共滲法——使用吸熱型（RX）氣體與氨氣或放熱型（DX）與氨氣；
- 尿素熱分解氮碳共滲法；
- 含碳和氮有機溶劑滴入法——使用三乙醇胺（或甲醯胺、或乙二胺）；
- 含氧氣氛的氣體氮碳共滲法。
氮碳共滲工藝特點
氮和碳同時共滲與單一滲氮相出具有以下特點：
1.由於活性碳原子的存在，使滲氮速度加快，一旦表層ε相形成，將為共滲溫度下滲碳創造條件。這表明碳與氮在共滲中是相互起促進作用的。因而氮碳共滲速度遠高於單一滲氮速度。
2.在氮碳共滲化合物層ε相中：除含有氮外，還含有一定量碳(約2%)。由於ε相中含有碳，使ε相的脆性降低。這表明氮碳共滲後的白亮化合物層不呈現脆性。
Fe-N-C相圖565度時的截圖3.由Fe-N-C相圖可知，氮碳共滲溫度在565℃時，有γ相存在，它能溶解0.35%C和1.8%N。快冷時,此γ（含氮碳奧氏體）淬火轉變為α'相（含氮碳馬氏體）。在緩冷時有γ相發生共析反應，形成（α+γ'）共析體，並不斷由α相中析出γ'相，使滲層硬度降低。生產實踐證明，氮碳共滲溫度採用560－570℃為佳，快冷比緩冷硬度有較大提高（約高出10HRC以上）。所以氮碳共滲時，特別是碳鋼一定採用快冷，如油冷，其原因也在此。
滲層組織與性能
氮碳共滲組織由化合物層和擴散層組成。一般，化合物層厚度約2～25μm。
1．化合物層
氮碳共滲層外層在硝酸酒精腐蝕以後發亮，幾乎看不出組織。其組成相將隨鋼種而變。
碳鋼中化合物層是由Fe2~3N、FexCyNz、Fe4N和Fe3C相組成，而合金鋼中化合物層是含Cr、Mo、AI等氮化物和合金氮碳化合物組成。
2．擴散層
連線在化合物層下的是氮碳共滲層的其餘部分，大多呈界限清晰的明顯過渡形式，其組成也隨鋼種而變
碳鋼中擴散層是由α-Fe、Fe4N、Fe3(CN)組成，而合金鋼除α-Fe、Fe4N外，還由合金氮化物（如AlN、CrN、MoN等）與(FeMe)3(N、C)組成。
3.性能
間隙進入晶格的氮和化合生成氮化物及氮碳化台物的氮有提高硬度的作用。形成氮化物的合金元素含量越多、硬度增加越高。同時硬度隨由外向內不斷降低的氮含量而變化。
碳鋼化合物層的硬度約為HV 700～900，而合金鋼約HV 1000～1500。
氮碳共滲層有較高的抗拉強度和屈服強度及疲勞強度，但斷面收縮率、延伸率及衝擊韌性明顯降低。這表明表層起脆性作用。
