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发表于 2013-2-19 16:51:36
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aaron01 发表于 2013-2-19 15:56
呵呵，据说24小时高温氮气固溶渗氮，可以做到2.5mm的硬化层深度，而且是无白亮层的高硬度表面固溶强化，这 ...
再看看这篇文章（摘要）
不锈钢的固溶渗氮处理
（上海工程技术大学 朱祖昌 易普森工业炉（上海）有限公司 曾爱群）
不锈钢置于真空炉中，在1050~1150℃的固溶处理温度下通入纯氮（压力为PN2 ）进行渗氮处理，可以获得2.5mm深的渗氮层，同时保持优良的抗蚀性能。这是一种新的化学热处理工艺方法，称为固溶渗氮处理，标注为SOLNIT。此种方法首先是于1993年在Weisbaden召开的AWT的热处理学术讨论会上由德国学者H·Berns提出，论文发表于HTM1994的杂志上。一般说来，不锈钢渗氮可以应用离子渗氮或盐浴渗氮（Sursulf或Tenifer方法）进行，但在这两种方法中会析出氮化物，从而引起基体中铬的贫化，致使其耐蚀性下降。
氮和碳一样是扩大Fe奥氏体相区的合金元素，在钢中可以间隙原子存在并使钢强化，但氮能提高钢的耐蚀性，所以获得高氮钢一直是人们追求的目标。钢中能溶解的氮比碳多，通过渗氮能避免铁素体相的出现，也能减少脆性第二相在奥氏体晶界上析出，这对材料使用性能的提高是有利的。
氮是双原子气体，它具有强的三键，能广泛用作保护气体。但它在1000℃以上，会剧烈热解，所以在钢件表面拥有大量氮原子。存在于金属中的氮为原子态，以［N］表示，这样，在工件表面可实现下面的平衡：
（1）
反应式（1）的平衡常数KN为
（2）
氮沿深度的浓度分布依据菲克第二定律进行求解，按半无限大工件的一维单方向扩散模型，计算并不复杂，相应的边界条件和初始条件为：
C（O，t）=NS（钢件表面溶解的氮量％N）；C（∞，t）=Nc；C（x，O）=Nc其解为：NX=NC+（NS-NC）
上式中的erf为高斯误差函数。只要氮在合金中的扩散系数DN（它与氮浓度无关）已知，氮沿工件表面至纵深方向的分布便可求得。
在渗氮处理温度TN时，当渗层的NS大于溶解度极限，铬的氮化物Cr2N发生沉淀。首先沉淀在奥氏体晶界，其次在奥氏体晶粒内非连续沉淀。对后一种沉淀，得到簿片状显微组织形态，虽基本保持为奥氏体。在本文中称为“珠光体”形态，它具有一定的脆性。这种沉淀的脆性氮化物可以通过固溶渗氮的平衡条件调整予以避免。
固溶渗氮处理温度：1050~1150℃；氮气分压：PN2＝0.01~0.3Mpa（0.1~3bar）；固溶渗氮时间：24h；渗氮层深度：可至2.5mm；固溶渗氮后的冷却：采用液体淬火剂或高压气淬。
应当指出，固溶渗氮温度高，会促使心部和渗层晶粒长大。一般对马氏体而言，第二相沉淀能起阻止晶粒长大的作用。但对奥氏体渗氮层，则在渗层后靠冷加工（如抛丸处理）方法细化。
对于高铬铁素体不锈钢（如X2CrMoNb18-2等），由于心部晶粒过于长大，不适合进行固溶渗氮；对马氏体型和F+M型不锈钢，经固溶渗氮获得马氏体渗氮表层，如X6CrMo17-1经固溶渗氮淬火后，其心部约含15％（体积百分数）的马氏体，这样在渗氮处理温度TN时的显微组织为F+A，能阻止心部组织的长大，故而能适合进行固溶渗氮；又如对钢X20CrMo13在TN时的显微组织几乎全部为奥氏体，其晶粒长大比前铁素体型不锈钢缓慢，能进行固溶渗氮。对两种M和F+M型不锈钢经固溶渗氮并淬火后，表面层获得M+残余奥氏体（A＇）组织，经深冷或在450℃附近的二次硬化回火使A＇转变为马氏体，显然适合于制造轴承、工具和齿轮零件。
对含镍马氏体不锈钢（如X4CrNiMo16-5），经固溶渗氮后获得较软的马氏体心部上存在奥氏体渗氮层的组织，其含氮量约达0.6％， 随渗层深度增加，奥氏体量降低，相应的硬度增加，直至心部的马氏体硬度。获得这种组织是基于体积改变小和残存压应力的考虑。
对含镍奥氏体不锈钢（如X5CrNiMo17-13-2）经固溶渗氮后获得奥氏体的心部和表层，因为Ni和N的交互作用系数eNNi为正，该钢的表面氮浓度NS约为0.5％。如果采用Mn代替Ni（因为eNMn为负值），则能提高表层氮的固溶度，使18Cr-18Mn钢的NS达到0.9％。
对于F+A型不锈钢（如X2CrNiMoN22-5-3），经固溶渗氮后能获得较高强度的心部和表层，其（F+A）的心部组织比X5CrNiMo17-13-2具有两倍以上的屈服强度，又因为高铬低镍能使NS提高至0.9％，这种类型的不锈钢特别推荐采用固溶渗氮处理。
固溶渗氮的工件装炉前必须予以清洗，经排除炉内空气后，在真空条件下或对流加热条件下，加热至固溶渗氮工艺温度（1050~1150℃），然后调整炉压和时间参数，使其达到所要求的表面含氮量和渗氮层深度。工艺参数调整可采用特定的计算机程序。
固溶渗氮后工件采用最高的冷速淬至室温。如1Mpa（10bar）氮气的高压气淬方式。
结束语
固溶渗氮是一种新的化学热处理方法。它可对处于奥氏体状态的不锈钢，通过应用氮气在高温下热分解将氮溶入其表面并经淬火冷却，以获得高氮奥氏体或马氏体表面层，而心部仍保持固溶处理的组织和性能。这种处理方法能实现工件心部和表层的组织和性能的重新配合，得到广泛应用。
处理过程中，工件表面平衡的含氮量NS随Cr和Mo的合金化，氮气压PN2的提高，以及随处理温度的降低至1050~1150℃温度范围较低端的提高。经过24h处理，表面渗层可达2.5mm。对给定的钢和工艺温度，NS由N2的分压决定，随Cr、Mo含量的提高，PN2从0.30Mpa（3.0bar）降至0.01Mpa（0.1bar）
- --摘自《机械工人》（热加工）（2005，NO．6） |
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发表于 2013-2-19 15:07:40
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