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什么是強化氮化？強化氮化的工藝參數怎樣？

強化氮化是以提高工件表面硬度、耐磨性和疲勞強度為目的的氮化工藝。它是一種時間長，而且成本很高的化學熱處理方法，只用于承受載荷較大的精密零件，如鏜床主軸、鏜桿、內燃機曲軸、航空發動同傳動軸、齒輪等零件。

氮化溫度、保溫時間和氨分解率是強化氮化過程中極其重要的工藝參數，其確定原則如下。

（1）氮化溫度

圖表示氮化溫度對表層最高硬度、氮化層深度的影響�？梢钥闯�，隨著氮化溫度的升高，表面硬度降低。當溫度超過560～580℃時，硬度下降更加明顯。這是因為氮化后的表面硬度主要決定于氮化物的彌散度，氮化物的彌度，則硬度越高。500℃以下，氮化物地聚焦不顯著，溫度對氮化物彌散度影響較小，故硬度變化不大，氮化后表同有高的硬度值；溫度超過560～580℃，氮化物迅速聚集長大，彌散度減小，氮化層表面硬度也顯著降低。

隨著氮化溫度的升高，氮原子的擴散速度顯著增大，同時也加快了滲層對活性氮原子的吸收過程，因此氮化層深度也隨著增加。但是，隨著氮化溫度的升高，氮化零件的變形量也隨著增大。

確定氮化溫度時，應綜合考慮對氮化層表面硬度、滲層深度及變形量的影響，常在480～560℃范圍內選擇。形狀復雜、表面硬度要求高的精密件可取下限溫度。為了不影響零件心部的機械性能，氮化溫度一般應低于調質回火溫度40~70℃，以保證基體組織強度在氮化過程中不受影響。

在生產上，為了加快氮化速度，又保證硬度不降低，發展了各種分段氯化工藝。如38CrMoAlA鋼制氣缸筒，要求氮化層深度0.5~0.8mm，硬度(HRA)>80，第一階段采用低溫（510℃±5℃，12h），高氮勢（或低分解率）；第二階段用550℃±5℃，50h，低氮勢（或高分解率，也可用525℃±540℃兩段氮化工藝。生活中還有低溫-高溫-低溫或低溫-高溫-高溫的三段式氮化不。對于不銹鋼等高合金鋼氮化，由于氮原子在這類鋼中擴散困難，不易得到較深的滲層，一般采用較高的氮化溫度（550～650℃）以提高氮化速度。

（2）氮化時間

氮化溫度一定時，氮化保溫時間的確定主要取決于所要求的氮化層深度。圖為38CrMoAlA鋼在不同氮化溫度和氮化時間下對氮化層深度和硬度的影響。隨著氮化時間的延長，氮化層的深度不斷增加，并呈拋物線規律變化，見圖，即開始增加的速度快，隨著時間的延長，滲層深度增加得越來越慢。過長的氮化時間對提高滲層深度效果不明顯。溫度不同，滲層深度增加的速度也不同，溫度越低，增加的速度也越慢。因此，在較低的氮化溫度下（例如500℃），要想得到較深的滲層是不可能的；只有提高氯化溫度，才能獲得較深的滲層。但是，當氮化溫度超過500℃時，氮化溫度越高，滲層能達到的最高硬度就越低，而且隨著時間的延長，硬度迅速下降。

因此，氮化保溫時間是一個受多因素影響的工藝參數，一般要通過生產實踐摸索，才能正確地確定。經驗表明，38CrMoAlA鋼在正常氮化溫度（510～560℃）下，氮化層深度為0.4mm以內時，平均氮化速度為0.015~0.02mm/h；氮化層深度在0.4~0.7mm時，氮化速度為0.05~0.15mm/h。滲層更深時，滲速更慢。

（3）氨分解率

氨分解率高低直接影響著零件表面吸收氮的速度。分解率過高，爐氣中氮和氫所占的體積大，零件表面吸附大量的氫，將妨礙零件表面對氮的吸收，使表面氮濃度降低，氮化層硬度及深度減小；如果分解率過低，大量的氨來不及分解，提供的活性氮原子太少，也會降低氮化速度。因此，氨分解率是氮化工藝中一個工藝參數。

氨氣分解率取決于氮化溫度、氨氣流量、爐內壓力、零件表面積及有無催化劑等因素。實踐表明，對應于一定的工藝溫度，氨的分解率有一個比較適宜的范圍。一般氮化溫度選擇在510～530℃時，氨分解率控制在25%~45%較好。在氮化過程中，經常采用調節氨流量的方法來控制分解率。

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