铁素体状态下的化学热处理及其应用实例

由于氮在钢的铁素体中的扩散很慢，一般气体渗氮周期很长，要求0.5～0.6mm深度的渗层，通常需要60～70h。在650℃以下铁素体状态下进行的化学热处理（如氮碳共渗、硫氮碳共渗、氧氮碳共渗）渗速快，在许多低合金钢表面都会形成高硬度的γ′-Fe₄N或ε-Fe_2～3C化合物层，具有很好的减摩、耐磨和抗咬合作用。因为这些工艺都在钢的铁素体状态下进行，所以和渗氮一样，工件的畸变都很小。以铁素体状态下的氮碳共渗、硫氮碳共渗和氧氮碳共渗代替奥氏体状态下的化学热处理（如一般气体渗氮、薄层渗碳与碳氮共渗），可以把渗氮时间从30～70h缩短到1.5～7h，其工艺周期明显缩短，节能效果显著。当零件的服役状态不是十分繁重时，铁素体状态下的化学热处理可提高许多汽车零件以及模具等的硬度、耐磨、抗咬合、抗疲劳性能，显著延长其使用寿命，且热处理畸变小。

（1）氮碳共渗 氮碳共渗是钢件在含氮、碳的介质中加热，在渗氮的同时，还有碳原子渗入的工艺过程。共渗温度通常为540～570℃，时间1～7h，共渗层深度在0.5mm以下。氮碳共渗包括气体氮碳共渗、离子氮碳共渗、液体氮碳共渗、固体氮碳共渗等。

（2）硫氮碳共渗 它是将工件置于同时含有S、N、C元素的渗剂中的化学热处理工艺。硫氮碳共渗工艺见表2-63。

表2-63 硫碳氮共渗工艺

滴注法硫氮碳共渗所采用的温度范围一般为500～600℃，对于一般钢材，可采用如下两种配方：

1）将1kg三乙醇胺与1kg乙醇，溶解20g硫脲滴入炉内产生活性碳、硫、氮原子。由于三乙醇胺分解后产生的氮原子含量较低，因而还需通入一定量的NH₃，加入乙醇是为了增加三乙醇胺的流动性，以便滴入炉内。也有不用三乙醇胺的，即将1L乙醇溶解24g硫脲（或12mL的CS₂）滴入35kW井式渗碳炉内，再通入0.15～0.3m³/h的NH₃。

2）完全滴注法的配方可用甲酰胺加入乙醇和硫脲。甲酰胺∶乙醇=2.5∶1，混合后再加入质量分数为1%的硫脲。

一般应根据炉膛大小，工件渗层的表面积，工件材料的种类，经过试验后确定滴注量和NH₃的流量。(www.xing528.com)

对于不同材料的硫氮碳共渗处理规范见表2-64。

表2-64 硫氮碳共渗处理规范

（3）氧氮碳共渗 它是O、N、C三种元素同时渗入工件表面的热处理工艺。氧氮碳共渗剂可采用浓度为w（甲酰胺）=30%～50%的水溶液，采取滴入井式炉直接热分解的供气方式。刀具经表面除油、去锈和盐、碱，使之呈中性后，在回火温度下进行1～2h处理，使表面形成深0.03～0.05mm且呈蓝灰色的氧氮碳共渗层。该渗层具有较高硬度、无脆性、低粘屑和耐蚀的性能，使刀具获得高的耐用度和防锈能力。

（4）铁素体状态下的化学热处理应用实例 见表2-65。

表2-65 铁素体状态下的化学热处理应用实例