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研究分析不锈钢的氮碳共渗的性能特点

不锈钢碳共渗的主要目的是提高工件的表面硬度、耐磨性能和耐疲劳性能（对于非不锈钢还有耐腐蚀性能）。
1．氮碳共渗层的组织
氮碳共渗是同时向工件表面渗入氮和碳。工件经氮碳共渗后，表面获得共渗组织。因为处理温度较低（一般低于600℃），在这个温度范围，氮在α相中的固溶量远高于碳在α相中的固溶量，且氮的扩散速度快于碳的扩散速度，所以，在工件表面层，即化合物层的组织是з相（Fe2-3N）、相（Fe4N）及Fe3C的混合组织，含氮约7.4%，含碳约1%。在表面层内部即扩散层组织基本是з相（Fe2-3N）和相（Fe4N），氮的含量减少。不锈钢的氮碳共渗组织中还含有铬、钼等合金元素的氮化物。在共渗温度，因碳的扩散很慢，其只能以碳化物（如Fe3C）的形式存在于化合物层中。
　　由于合金元素的影响，与碳钢相比，在相同条件下不锈钢氮碳共渗层硬度更高，但渗层深度浅，硬度变化梯度大。图7-8是ZGCr28的氮碳共渗组织图。
　　
　　2．气体氮碳共渗
　　气体氮碳共渗就是把工件放在含有可分解成氮原子和碳原子气氛的密闭设备中，在一定的压力和温度条件下完成氮碳共渗的处理方法。
　　气体氮碳共渗的介质常见有以下几种。
　　（1）混合气体，即氨气中加入吸热式气氛或放热式气氛进行共渗。
　　其中，吸热式气氛（RX）由乙醇、丙醇等裂解，或由烃类气体制备而成。吸热式气氛（RX）的成分控制为：H2为32%～40%，CO为20%～24%，CO2≤1%，N2为38%～43%。当NH3：RX≈1：1，控制气氛露点±0℃时，即可获得较理想的共渗结果。
　　氨气中加入放热性气氛（NX）进行氮碳共渗时，放热式气氛成分控制为CO2≤10%，CO≤5%，H2＜1%，其余为N2。控制：NH3：NX≈（5～6）：（5～4）。由于放热式气氛中CO含量较低，在与氨气混合进行共渗时，排出废气中的有毒物质较低。
　　（2）尿素[（NH2）2CO]。将尿素在500℃以上温度热解，分解成活性氮原子和碳原子渗入工件表面。
　　（3）滴注式气体共渗。即将甲酰胺、乙酰胺、三乙醇胺、尿素、甲醇、乙醇等以不同比例配制成滴注剂。滴入密封炉内，在一定的温度条件下得到活性氮原子和碳原子渗入工件表面，完成氮碳共渗过程。
　　气体氮碳共渗的渗层深度及表面硬度与共渗温度、共渗时间都有一定的关系。这些因素影响的一般规律如下。
　　共渗温度的影响：一般气体氮碳共渗温度在540～580℃，随共渗温度升高，渗层深度增加，表面硬度先随温度升高而增高，在570℃左右时硬度最高，然后温度再升高，硬度呈下降趋势。
　　共渗时间的影响：在40% NH3，吸热型气氛60%，570℃共渗时，随着时间的延长，共渗层深度、表面硬度均呈增加的趋势。
　　气体氮碳共渗工件可以空冷、油冷或水冷。冷却速度越快，变形越大，但表面硬度和抗疲劳强度越高。
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