向鋼件表面同時滲入碳、氮的化學表面熱處理工藝。以滲碳為主，滲入 少量氮。因碳氮共滲工藝早期採用過氰鹽或含氰氣氛作為滲劑，故又稱“氰化”。按共滲介質狀態分為氣體、液體 及固體3類。固體和液體碳氮共滲已 很少使用。氣體碳氮共滲法不用氰鹽 ，容易控制表面質量，可實現機 械化、自動化，套用較廣泛。與滲碳相 比，具有較快的滲入速度，較高的滲層 的淬透性和回火抗力，耐磨性和抗疲 勞性能好等優點，處理溫度較低，常用來代替滲碳處理。
基本介紹
- 中文名：碳氮共滲
- 外文名：carbonitriding
- 定義：向鋼的表層同時滲入碳和氮的過程
- 分類：氣體、液體 及固體共滲
- 學科：材料科學
- 別稱：氰化
工藝原理,碳氮共滲的分類,中溫氣體碳氮共滲,低溫氮碳共滲,碳氮共滲的主要特點,碳氮共滲工藝套用實例,
工藝原理
套用較廣泛的只有氣體法和鹽浴法。氣體碳氮共滲介質是滲碳劑和滲氮劑的混合氣，例如滴煤油(或乙醇、丙酮)、通氨；吸熱或放熱型氣體中酌加高碳勢富化氣並通氨；三乙醇胺或溶入尿素的醇連續滴注。[C]、[N]原子的產生機制除與滲碳、滲氮相同外，還有共滲劑之間的合成和分解：
CO+NH3===HCN+H2O
CH4+NH3===HCN+3H2
2HCN===2[C]+2[N]+H2
碳氮共滲並淬火、回火後的組織為含氮馬氏體、碳氮化合物和殘餘奧氏體。深0.6～1.0mm的碳氮共滲層的強度、耐磨性與深1.0～1.5mm的滲碳層相當。為減少變形，中等載荷齒輪等可用低於870℃的碳氮共滲代替930℃進行的滲碳。
隨著稀土催滲(碳稀土共滲)和可部分取代淺層滲碳與碳氮共滲的氮碳共滲或硫氮碳共滲的推廣，碳氮共滲的套用面有變窄趨勢。
碳氮共滲是在模具零件表層同時滲入碳、氮的熱處理過程。與單一滲 碳相比，碳氮共滲有許多特點，如碳氮共滲溫度較滲碳溫度低，因而滲碳 過程中奧氏體晶粒較細小，共滲後一般可直接淬火。因此簡化了生產工序， 節約了能源，並減少了模具零件的變形。
碳氮共滲的分類
1)碳氮共滲根據使用介質的物理狀況不同，可以分為氣體碳氮共滲， 液體碳氮共滲、固體碳氮共滲3類。
2)根據共滲溫度的不同，又可分為低溫 (500℃～600℃)，中溫 (700℃～800℃) 和高溫 (900℃～950℃) 碳氮共滲3種。其中低溫碳氮共 滲即目前廣泛套用的軟氮化法，其表層主要以滲氮為主，用以提高模具零 件的表面耐磨性和抗咬合性; 中溫碳氮共滲，其目的與滲碳相似，主要是 提高模具零件的表面硬度，它與滲碳相比，將使零件具有更好的耐磨性和 抗疲勞性能; 高溫碳氮共滲，以滲碳為主。在我國熱處理廠家中以中溫氣 體碳氮共滲和低溫氮碳共滲套用較廣。
中溫氣體碳氮共滲
中溫氣體碳氮共滲的介質實際上是滲碳和滲氮用的混合氣體。目前在 熱處理生產中常用的方法是在井式氣體滲碳爐中滴入煤油，使其熱分解出 滲碳氣體，同時向爐中通入氨氣。在共滲溫度下，煤氣與氨氣除了單獨進 行滲碳和滲氮的作用外，它們相互之間還可發生化學反應產生活性碳、氮 原子。
此外，有的工廠採用滲碳富化氣 (甲烷、丙烷、城市煤氣等) 加氨、 三乙醇胺、丙酮加甲醇加尿素等作為共滲劑。
碳氮共滲溫度隨鋼種而異，一般在820℃～870℃範圍內選擇。碳氮共 滲時間取決於滲層濃度、共滲溫度、共滲介質及鋼的化學成分。
低溫氮碳共滲
氮碳共滲 (軟氮化) 是在含有活性碳、氮原子的介質中同時滲入氮和 碳，並以滲氮為主的低溫碳氮共滲工藝。
1) 氣體軟氮化的工藝參數是軟氮化溫度和時間以及滲入介質的活性和 加入量，同樣是根據模具的技術要求來選擇。目前，熱處理廠氣體軟氮化 的介質主要是： 50%氨氣+50%吸熱型氣體。
2) 軟氮化的溫度通常為530℃～580℃，在570℃左右氮在α相中具有 最大溶解度。對於高速鋼和高鉻模具鋼，為保持工件的整體強度和紅硬性， 軟氮化溫度不能超過其回火溫度。
3) 軟氮化時間為1～6h範圍。軟氮化後的工件一般採用快冷 (油冷)。 快冷不僅使氮化件表面色澤好，而且能進一步提高零件的疲勞強度。對變 形要求小的工件，軟氮化後應當緩冷。
4) 氮碳共滲賦予工件耐磨損、耐疲勞、抗咬合和擦傷的性能，以及處 理時間短、溫度低、變形小的特點，而且不受鋼種限制，適用於碳素鋼、 合金鋼、鑄鐵及粉末冶金等材料。現已普遍地用於對模具、量具、刃具以 及耐磨零件進行的化學熱處理，並獲得良好的效果。
碳氮共滲的主要特點
1) 氣體碳氮共滲的力學性能兼顧於滲碳層和滲氮層的優點。與滲碳層 相比表面硬度更高、耐磨性好，同時還具有一定的抗蝕性，以及由於共滲 層存在殘留壓應力而提高了鋼的疲勞極限; 與滲氮相比，共滲層深度深， 表面脆性小。
2) 由於氮的滲入提高了滲層的淬透性，共滲後可用滲碳溫度較低及較 緩冷卻介質淬火，減少了模具的變形，而且奧氏體晶粒比滲碳細，提高了 模具零件的心部韌性。
3) 氣體碳氮共滲速度大於單獨滲碳或單獨滲氮的速度，縮短了生產 周期。
4) 碳氮共滲適用於基體具有良好韌性，而表面硬度高、耐磨性好的模 具零件，如塑膠模及沖裁模中的凸模及凹模等零件。
碳氮共滲工藝套用實例
鉬片精沖模氣體碳氮共滲工藝：
①精沖模具製造材料。8Cr2MnWMoVS (8Cr2S) 鋼。
②碳氮共滲工藝
a. (600℃～620℃)×1 min/mm鹽浴預熱。
b. (890℃～900℃)×0.5 min/mm鹽預加熱。
c. 450℃～500℃→220℃～250℃硝鹽分級淬火，硬度63～64 HRC。
d. (580℃～600℃)×2h回火，硬度46～48 HRC。
e.模具成形後，進行氣體碳氮共滲，共滲劑為甲醯胺，催滲劑為稀土， 工藝為 (550℃～560℃)×4h。
冷彎機軋輥碳氮共滲工藝：
①冷彎機軋輥製造材料。材料為GCr15。
②冷彎機工作條件。工作中承受很大負荷，複雜的高變應力，衝擊和 磨損作用。因此，在製造過程中，成形後，採用高濃度氣體碳氮共滲強化 工藝。
③工藝過程
a. 830℃×(3～4h) 進行高濃度碳氮共滲，設備為FS77-1型滴控井式 爐，用KZW1052單片機控溫。共滲劑為煤油+氨氣。煤油滴量為8～ 12 mL/min，爐壓為0.1006～0.1010 MPa。
b.共滲後，直接淬油，油冷至180℃左右出油空冷。回火在RJJ-65-6 型井式爐中進行，180℃×2h×2次回火。
④共滲後組織。滲層為含氮馬氏體+碳氮化合物+合金氮化物+少量 殘留奧氏體。滲層碳質量分數達1.65%，氮質量分數為0.6%左右。表面 硬度889 HV，共滲層厚度為0.5～0.7 mm。
3Cr2W8V(H21) 鋼製造照相機機身壓鑄模兩段氮碳共滲工藝：
①共滲設備及共滲劑。氮碳共滲可在JT-25型氣體滲碳爐中進行，用 氨和乙醇作滲劑，以35gCaCl2為催滲劑，40gNH4Cl為潔淨劑。CaCl2和 NH4Cl需分別裝在兩個不鏽鋼小盒內，並在上覆蓋矽砂，然後置於滲氮 罐上。
②共滲工藝過程
a.模具裝爐前必須經汽油、酒精清洗。
b.通氨排氣，升溫時間約20min。
c.按570℃×4h及600℃×2h分兩段共滲，通氨量皆為500～560L/h， 無水乙醇量約為50～60 d/min。
d.處理完畢後關閉乙醇，繼續按50～100L/h通氨，保持爐內正壓 400～600 Pa。
e.滲後出爐可空冷或油冷，回火溫度為200℃。
f.氮碳共滲時要防止氯化銨 (NH4Cl)堵塞排氣口，影響爐壓。
4) 5CrNiMnMoVSCa(5NiSCa)鋼製造話機蓋壓鑄模氣體氮碳共滲。
a.預熱 (400℃～500℃)×2min/mm空氣爐預熱。
b.淬火 (800℃～900℃)×1 min/mm鹽浴加熱，淬火介質為熱油。
c. 回火 575℃以下在硝鹽爐中回火; 高於600℃在氣體滲碳爐 (或井 式爐) 中回火。
d.共滲 550℃×(3～4h) 氣體氮碳共滲。
