碳氮共渗
出处：按学科分类—工业技术 北京工业大学出版社《热加工手册》第1112页（3767字）
碳氮共渗又称氰化，它是将碳原子和氮原子同时渗入钢件表面的过程．
碳氮共渗按工艺温度分为：低温碳氮共渗(520～580℃)，由于工艺温度低，共渗过程以氮原子为主，而渗碳次之，故又称为氮碳共渗或俗称“软氮化”；中温碳氮共渗(780～880℃)；高温碳氮共渗(880～930℃)．碳氮共渗工艺的优点是：
(1)与渗碳相比处理温度低，渗后可直接淬火，工艺简单，晶粒不易长大，变形裂倾向校能源消耗少，共渗层的耐疲劳性、耐磨性和抗回火稳定性好．
(2)与渗氮相比，生产周期大大缩短，对材料适用性广．
15．6．8．1 碳氮共渗
1．气体碳氮共渗
在渗碳气氛加氨气的共渗过程中，碳原子和氮原子会按一般的方式同时进行渗碳和渗氮．另外，由于氨气的引入，还发生如下反应：
碳氮共渗时存在碳势和氮势，两者互相影响．生产实践中通过控制碳势和稳定氨气流量的方法来达到稳定碳势和氮势的目的．
图15-36 共渗温度对渗层C、N浓度分布的影响
共渗温度和时间是重要的工艺参数．共渗温度对渗层碳、氮原子的浓度、渗入深度的影响见图15-36及图15-37．另外，共渗温度对渗层的化合物相、马氏体开始转变及转变终了温度也有影响．因此，综上所述，共渗温度一般选择820～870℃．共渗时间应根据共渗温度、渗层厚度、渗层性能及钢的化学成分而定．渗层深度与时间的关系见图15-38．
图15-37 温度对10号钢的渗碳层与碳氮共渗层深度的影响(停留3h)
1—煤油热解气+25%氨；2—煤油热解气
图15-38 在工业生产中关于时间和温度对碳氮共渗层深度影响的调查结果
2．液体碳氮共渗
液体碳氮共渗是将工件置于能产生活性碳氮原子的盐浴中进行的共渗过程．盐浴的温度在钢的Ac1以上，碳、氮原子同时渗入工件表面形成共渗层，然后淬火获得硬化层．由于加热快而使得工艺时间短．液体碳氮共渗的渗层深度一般≤0．25mm．
盐浴中有氰盐NaCN、KCN、K4Fe(CN)6、K3Fe(NH)6，以提供活性碳；还有中性盐Na2CO3、NaCl、KCl、BaCl2，用来调整熔点．
盐浴中发生的两种主要反应是“氰氨转换”和氰酸盐的形成，反应式为：
表15-38为结构钢液体碳氮共渗盐浴成分及规范．表15-37为含黄血盐的碳氮共渗盐浴成分．
表15-38 结构钢液体碳氮共渗盐浴成分及规范
①括号内给出盐浴的工作成分；②在操作过程中盐浴的活性下降，因此要采用周期性地添加氰化钠(90%～95%NaCN)的方法使盐浴再生，高温盐浴用氰化钠和氯化钡(1∶4)进行再生
表15-39 含黄血盐的碳氮共渗盐浴成分
共渗温度和时间是重要的工艺参数．表15-40为共渗温度及时间对15钢渗层深度的影响；表15-41为820～840℃碳氮共渗时，时间对几种结构钢渗层深度的影响．
表15-40 共渗温度及时间对15钢渗层深度的影响
表15-41 820～840℃碳氮共渗时时间对几种结构钢渗层深度的影响
共渗后的工件必须进行淬火处理．一般是在共渗后直接渗火，也可重新加热淬火或高频淬火；对于含合金元素较多的钢可在淬火后加冷处理，也可在淬火前加高温回火．
共渗工件淬火后必须回火．
15．6．8．2 氮碳共渗
氮碳共渗是在液体渗氮的基础上发展起来的．由于处理温度低，一般为500～600℃，过程以渗氮为主、渗碳为辅，故氮碳共渗又称为“软氮化”．
氮碳共渗工艺的优点是：氮碳共渗层有优良的性能；渗层硬度高、脆性低，有优良的耐磨性、耐疲劳性、抗咬合性、热稳定性和耐腐蚀性；工艺温度低，且不淬火，工件变形校处理时间短，经济性好；设备简单，工艺易掌握．但渗层浅，承受重载荷零件不宜采用氮碳共渗．
1．液体氮碳共渗
共渗用盐浴成分见表15-42．
表15-42 液体氮碳共渗盐浴成分
共渗温度和时间根据材料和渗层要求而定．各种材料的氮碳共渗温度见表15-43．
表15-43 各种材料的氮碳共渗温度
钢材的氮碳共渗温度一般不超过Fe-N相图的共析温度590℃，大都在520～570℃．
共渗时间选取如下：
(1)刃具的共渗时间一般为2～3h，高速钢刃具共渗时间为15～30min．
(2)结构钢的共渗时间为45～120min．
(3)结构钢在共渗温度下共渗时间与渗层厚度的关系见表15-44．
表15-44 结构钢在共渗温度下共渗时间与渗层厚度的关系
液体氮碳共渗后一般采取快冷，碳钢用水或10%NaCl水溶液冷却，而合金钢采用油冷和空冷．
2．气体氮碳共渗
几种气体氮碳共渗介质的组成及使用效果见表15-45．
表15-45 几种气体氮碳共渗介质的组成及使用效果
气体氮碳共渗温度都选在Fe-N共析温度附近，一般为570℃±10℃．碳钢、铸铁、低合金钢为570℃±10℃，3Cr2W8V为570～620℃，Cr12MoV为540℃±10℃，高速钢为560℃±10℃．
共渗时间对化合物层厚度和渗层硬度的影响见图15-39．从图中可得出：共渗时间为2～4h为佳，对于高速钢取1～1．5h为好．
图15-39 软氮化时间对硬度与深度的影响(570℃4h，氨分解率46%)
氮碳共渗渗件的常见缺陷及防止方法见表15-46．
表15-46 氮碳共渗件常见的缺陷及防止方法
