软氮化和氮化的区别是什么？
时间：2024-12-03 09:42:11 点击次数：
软氮化和氮化（这里可以理解为硬氮化）主要有以下区别：
一、定义和原理
- 氮化（硬氮化）
- 氮化是在一定温度下使活性氮原子渗入金属表面，形成富氮硬化层的化学热处理工艺。它主要是利用氨气（NH₃）等介质在高温下分解产生氮原子，氮原子被金属表面吸附后向内部扩散，与金属中的合金元素（如铝、铬、钒等）形成各种高硬度的氮化物，如 AlN、CrN、VN 等。这些氮化物在金属表面弥散分布，使零件表面硬度显著提高，一般可达到 900 - 1200HV。
- 例如，对于含铝的氮化钢，在氮化过程中，铝原子与氮原子结合形成 AlN，这种化合物硬度很高，并且在高温下也能保持较好的稳定性，从而提高零件的耐磨性和热稳定性。
- 软氮化
- 软氮化是以渗氮为主，同时渗入少量碳原子的化学热处理工艺。在含有活性氮、碳原子的介质中进行处理，除了氮原子形成氮化物外，还有少量碳原子的渗入，会产生一些碳化物。这些化合物共同作用使零件表面性能得到改善，它的硬度相对氮化（硬氮化）较低，通常在 500 - 900HV 之间。
- 以气体软氮化为例，在氨气和吸热式气体的混合气氛中，氨气分解提供氮原子，吸热式气体提供碳原子，二者同时渗入金属表面。
二、工艺参数
- 温度
- 氮化（硬氮化）：温度相对较低，一般在 480 - 530℃。这个温度范围有助于氮原子的扩散和氮化物的形成，同时可以避免零件内部组织发生较大变化。
- 软氮化：温度稍高，通常在 520 - 590℃。较高的温度有利于碳原子和氮原子的同时渗入，并且可以使渗层具有更好的韧性。
- 时间
- 氮化（硬氮化）：处理时间根据零件的要求和材料等因素而定，一般氮化时间较长，例如一些高精度零件的氮化可能需要 10 - 50 小时，以获得足够深度和质量的氮化层。
- 软氮化：时间相对较短，一般在 1 - 6 小时之间。因为软氮化在较高温度下进行，原子扩散速度相对较快，所以能够在较短时间内形成满足性能要求的渗层。
- 介质
- 气体软氮化常用氨气和吸热式气体（以天然气或丙烷为原料制备）。
- 液体软氮化主要利用盐浴，盐浴成分包含氰酸盐、碳酸盐等，氰酸盐分解产生氮原子和碳原子。
- 固体软氮化是将零件埋入含有供氮剂（如尿素）和活化剂的固体介质中，供氮剂分解提供氮原子。
- 氮化（硬氮化）：常用的介质是氨气（NH₃）。氨气在氮化炉内高温分解，其反应式为，产生的氮原子用于氮化过程。
- 软氮化：介质种类更多。
三、渗层性能
- 硬度
- 氮化（硬氮化）：形成的氮化层硬度很高，能达到 900 - 1200HV，这使得零件表面具有优异的耐磨性。这种高硬度主要是因为形成的氮化物（如 AlN、CrN 等）本身硬度很高，并且在氮化层中弥散分布，阻碍了位错的运动。
- 软氮化：硬度相对较低，在 500 - 900HV 之间。不过软氮化层的韧性比氮化（硬氮化）更好，在承受冲击载荷或复杂应力状态下，软氮化层不易发生剥落。
- 厚度
- 氮化（硬氮化）：氮化层较薄，一般在 0.01 - 0.06mm。这是因为氮化过程中，氮原子扩散速度相对较慢，在较低温度下长时间处理，渗层生长速度有限。
- 软氮化：渗层厚度可达 0.02 - 0.8mm。由于软氮化温度较高，并且有碳原子的协同渗入，使得原子扩散速度加快，渗层能够生长得更厚。
- 韧性和脆性
- 氮化（硬氮化）：氮化层硬度高，但脆性相对较大。在受到较大的冲击载荷或复杂的应力状态时，氮化层可能会出现裂纹甚至剥落的情况。
- 软氮化：软氮化层的韧性较好，能够承受一定程度的冲击和变形。这是因为软氮化过程中形成的化合物和组织结构使得渗层具有较好的柔韧性，在实际应用中更适合用于一些需要承受一定冲击或交变应力的零件。
