日本渗氮表面处理技术开发

1渗氮处理

渗氮处理是使处理品在氮化气体或盐浴环境中保持一定时间，使氮渗入处理品表面的处理方法。与渗碳处理不同，渗氮处理后，一般不进行淬火处理。渗氮钢的硬化层是钢中元素的氮化物析出形成的。最表层是硬度达到1000HV以上的氮化合物层，化合物层的下面是氮扩散层。

渗氮处理与软氮化不同，渗氮处理中氮从表面渗入，因此也叫做纯氮化。软氮化是碳和氮同时渗入钢中的处理方法。此外，还有碳和氮同时渗入钢中的碳氮共渗方法，但软氮化的处理温度低（500-600℃），不发生组织转变。碳氮共渗是在常规渗碳处理后，进行高温（约850℃）处理，然后进行淬火，所以发生组织转变（马氏体转变）。软氮化的优点是处理品变形小，缺点是硬化层深度小。碳氮共渗的优缺点与软氮化相反。

与渗碳品相比渗氮品的表面硬度更高、耐磨性和抗热黏结性更好。但是渗氮处理的硬化层深度小，要获得较深的硬化层需要长时间处理，不够经济。因此，对要求高强度的部件，渗氮处理的应用受到局限。

2渗氮处理技术开发

渗氮处理产生的最表层的氮化合物层硬度高、耐磨性好，但比较脆弱，是发生剥离、导致强度下降的主要原因。为此，进行了不生成氮化合物层处理方法的研发。此外，还推进了利用高电压使氮化气体离子化，进行快速处理的等离子氮化、高温氮化技术的开发。

日本标准中用于渗氮处理的标准钢种大部分是机械结构碳素钢标准（JIS G 4051）、保证淬透性结构钢（H钢）标准（JIS G 4052）和机械结构合金钢标准（JIS G 4053）中的钢种。主要有SC、SCr、SCM、SACM等牌号。这些钢的C含量约为0.40%。SACM465已经作为渗氮钢纳入JIS标准，钢中提高了Cr、Al含量以通过氮化获得高硬度。

渗氮处理是无组织转变的处理，处理品在500-600℃的渗氮温度下保持时间过长，内部会发生软化。因此，要对内部要求硬度和加工性进行综合考虑，选择适宜的渗氮钢钢种和渗氮处理条件。渗氮处理是无组织转变的处理方法，其优点是热处理变形小。另一方面，渗氮处理的硬化层深度小，强度不如渗碳品高。所以对开发出高强度、低变形渗氮钢的要求很迫切。为此开发出添加Cr、Al、V等提高氮化硬度元素的高强度渗氮钢，并实现了实用化。