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什么是强化氮化？强化氮化的工艺参数怎样？

强化氮化是以提高工件表面硬度、耐磨性和疲劳强度为目的的氮化工艺。它是一种时间长，而且成本很高的化学热处理方法，只用于承受载荷较大的精密零件，如镗床主轴、镗杆、内燃机曲轴、航空发动同传动轴、齿轮等零件。

氮化温度、保温时间和氨分解率是强化氮化过程中极其重要的工艺参数，其确定原则如下。

（1）氮化温度

图表示氮化温度对表层最高硬度、氮化层深度的影响。可以看出，随着氮化温度的升高，表面硬度降低。当温度超过560～580℃时，硬度下降更加明显。这是因为氮化后的表面硬度主要决定于氮化物的弥散度，氮化物的弥度，则硬度越高。500℃以下，氮化物地聚焦不显著，温度对氮化物弥散度影响较小，故硬度变化不大，氮化后表同有高的硬度值；温度超过560～580℃，氮化物迅速聚集长大，弥散度减小，氮化层表面硬度也显著降低。

随着氮化温度的升高，氮原子的扩散速度显著增大，同时也加快了渗层对活性氮原子的吸收过程，因此氮化层深度也随着增加。但是，随着氮化温度的升高，氮化零件的变形量也随着增大。

确定氮化温度时，应综合考虑对氮化层表面硬度、渗层深度及变形量的影响，常在480～560℃范围内选择。形状复杂、表面硬度要求高的精密件可取下限温度。为了不影响零件心部的机械性能，氮化温度一般应低于调质回火温度40~70℃，以保证基体组织强度在氮化过程中不受影响。

在生产上，为了加快氮化速度，又保证硬度不降低，发展了各种分段氯化工艺。如38CrMoAlA钢制气缸筒，要求氮化层深度0.5~0.8mm，硬度(HRA)>80，第一阶段采用低温（510℃±5℃，12h），高氮势（或低分解率）；第二阶段用550℃±5℃，50h，低氮势（或高分解率，也可用525℃±540℃两段氮化工艺。生活中还有低温-高温-低温或低温-高温-高温的三段式氮化不。对于不锈钢等高合金钢氮化，由于氮原子在这类钢中扩散困难，不易得到较深的渗层，一般采用较高的氮化温度（550～650℃）以提高氮化速度。

（2）氮化时间

氮化温度一定时，氮化保温时间的确定主要取决于所要求的氮化层深度。图为38CrMoAlA钢在不同氮化温度和氮化时间下对氮化层深度和硬度的影响。随着氮化时间的延长，氮化层的深度不断增加，并呈抛物线规律变化，见图，即开始增加的速度快，随着时间的延长，渗层深度增加得越来越慢。过长的氮化时间对提高渗层深度效果不明显。温度不同，渗层深度增加的速度也不同，温度越低，增加的速度也越慢。因此，在较低的氮化温度下（例如500℃），要想得到较深的渗层是不可能的；只有提高氯化温度，才能获得较深的渗层。但是，当氮化温度超过500℃时，氮化温度越高，渗层能达到的最高硬度就越低，而且随着时间的延长，硬度迅速下降。

因此，氮化保温时间是一个受多因素影响的工艺参数，一般要通过生产实践摸索，才能正确地确定。经验表明，38CrMoAlA钢在正常氮化温度（510～560℃）下，氮化层深度为0.4mm以内时，平均氮化速度为0.015~0.02mm/h；氮化层深度在0.4~0.7mm时，氮化速度为0.05~0.15mm/h。渗层更深时，渗速更慢。

（3）氨分解率

氨分解率高低直接影响着零件表面吸收氮的速度。分解率过高，炉气中氮和氢所占的体积大，零件表面吸附大量的氢，将妨碍零件表面对氮的吸收，使表面氮浓度降低，氮化层硬度及深度减小；如果分解率过低，大量的氨来不及分解，提供的活性氮原子太少，也会降低氮化速度。因此，氨分解率是氮化工艺中一个工艺参数。

氨气分解率取决于氮化温度、氨气流量、炉内压力、零件表面积及有无催化剂等因素。实践表明，对应于一定的工艺温度，氨的分解率有一个比较适宜的范围。一般氮化温度选择在510～530℃时，氨分解率控制在25%~45%较好。在氮化过程中，经常采用调节氨流量的方法来控制分解率。