氮化层金相组织分析

在氮化的过程中，盐浴中的活性成分在工件表面分解产生可渗入钢中的氮。由于较高的氮势，在工件表面迅速生成氮化物，形成一层白亮色耐腐蚀的化合物层。此层厚度一般在10μm到20μm，可能是由ε-Fe₃N所构成的化合物。

随着氮化时间的延长，氮进一步向钢件内部扩散，形成所谓“扩散层”。扩散层由含N的α-固溶体和氮化物γ′-Fe₄N所构成。靠近化合物层处有较多的γ′-Fe₄N，愈往深处γ′相愈少。最后是氮在α-相中的固溶体。

在合金钢中，由于合金元素的作用，会形成许多其他特殊氮化物。这些氮化物很稳定，阻碍氮向深度扩散。所以合金钢的氮化层深度小而表面层硬度却很高。

氮化钢中经常加入的合金元素一般影响如下：

1）铝抑制扩散并形成提高硬度的氮化物的作用最大。

2）铬和铝的作用一样，只是程度差一些，但还能改善心部的性能。

3）钼防止回火脆性。

4）钛能显著促进氮化，增加氮化层厚度，提高表面层硬度。

为了提高氮化性能，应合理选择氮化钢的合金元素。

在工作中，我们对15钢、铬铝钢、N8钢、E1钢、C2钢、35CrMo钢氮化后的金相组织进行了观察。

图15～图20分别显示了15钢、铬铝钢和N8钢、E1钢、C2钢、35CrMo钢经活性氮化后表面层的金相组织。

图15 15钢570℃氮化3h（200×，5%硝酸酒精腐蚀）

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图16 铬铝钢570℃氮化3h（200×，5%硝酸酒精腐蚀）

从这些金相组织中可以看出，无论是15钢还是铬铝钢、N8钢、E1钢、C2钢、35CrMo钢（合金钢）氮化后表面层均可看到白亮的化合物层和深色扩散层。

不过，15钢的扩散层需经300℃回火后才能看出来。从图15中可以看出，15钢氮化后再经300℃回火，在化合物层下面的α-固溶体上有许多针状氮化物析出。15钢扩散层硬度不高。

35CrMo钢的扩散层不明显，硬度提高也不很大。

图17 N8钢570℃氮化3h（200×，5%硝酸酒精腐蚀）

图18 E1钢570℃氮化3h（200×，5%硝酸酒精腐蚀）

图19 C2钢570℃氮化3h（200×，5%硝酸酒精腐蚀）

图20 35CrMo钢570℃氮化3h（200×，5%硝酸酒精腐蚀）