软氮化热处理是一种化学热处理工艺，以下是详细介绍：
一、定义与原理
软氮化是一种在含有活性氮、碳原子的介质中，在低于渗碳温度下使工件表面同时渗入氮、碳原子，形成以氮化物为主的渗层的化学热处理工艺。其目的是使工件表面获得较高的硬度、耐磨性、抗咬合性和抗蚀性等性能，同时保持心部良好的韧性。
原理主要是通过在一定温度下，含氮和碳的介质分解出活性氮原子和碳原子。活性原子吸附在工件表面，然后向内部扩散，形成一定深度的化合物层和扩散层。例如，在气体软氮化中，以氨气和渗碳气体（如丙烷等）的混合气作为介质，氨气分解产生氮原子，渗碳气体分解产生碳原子，它们共同向工件表面扩散。
二、工艺过程
前处理
清洗：对工件进行彻底清洗，去除表面的油污、铁锈和其他杂质。这是非常关键的步骤，因为如果表面有污垢，会影响氮、碳原子的吸附和扩散，导致渗层质量不均匀。可以采用有机溶剂清洗、碱洗或酸洗等方法。
脱脂：通常使用化学脱脂剂，将工件浸泡在适当的脱脂溶液中，以确保表面无油脂残留。
装炉：将清洗干净的工件装入热处理炉，注意工件的摆放要保证气体能够均匀地接触工件表面，避免出现局部渗层过厚或过薄的情况。
加热与渗氮、渗碳过程
升温阶段：将炉温升高到软氮化处理所需的温度，一般在 500 - 600℃左右。升温速度需要根据工件的材质、形状和尺寸等来确定，过快的升温速度可能导致工件变形。
保温阶段：在设定温度下保温一段时间，时间长短取决于工件要求的渗层深度、材质等因素。例如，对于一些要求渗层较深的模具钢工件，保温时间可能需要 3 - 5 小时；而对于渗层要求较浅的小型零件，保温 1 - 2 小时即可。在保温过程中，氮、碳原子不断向工件内部扩散，形成渗层。
气体供应：在加热和保温过程中，持续向炉内通入含有氮、碳的混合气体。气体的流量和成分比例也需要根据具体工艺要求严格控制。
冷却阶段
软氮化处理完成后，需要进行冷却。冷却方式有多种，如随炉冷却、油冷或空冷等。冷却速度会影响工件的最终性能，如采用油冷可能会使工件表面硬度略有提高，但同时也要考虑工件变形的可能性。
三、渗层组织与性能
渗层组织：软氮化后的渗层主要由化合物层和扩散层组成。化合物层通常是由氮化铁（Fe₃N、Fe₄N 等）和碳氮化铁（Fe₃（C，N）等）等相组成，硬度较高。扩散层主要是氮、碳原子在基体中的固溶体，硬度逐渐向心部降低。
性能特点
高硬度和耐磨性：化合物层的高硬度使得工件表面具有良好的耐磨性，能够有效抵抗摩擦和磨损，提高工件的使用寿命。例如，经过软氮化处理的模具，其耐磨性能比未经处理的模具显著提高，在冲压或压铸过程中，模具表面的磨损量明显减少。
良好的抗咬合性：在一些高速、重载的摩擦条件下，软氮化处理后的工件表面不易发生咬合现象。这是因为渗层的存在降低了表面的摩擦系数，并且在摩擦过程中，渗层能够承受一定的压力和剪切力，防止金属之间的直接接触和粘连。
抗蚀性增强：渗层中的氮化物和碳化物可以在工件表面形成一层致密的保护膜，阻止外界介质（如空气、水和腐蚀性气体等）对工件的腐蚀。例如，软氮化处理后的一些机械零件在潮湿或有腐蚀性环境下的耐蚀时间明显延长。
四、应用范围
模具行业：各种冲压模具、压铸模具、塑料模具等。软氮化处理可以提高模具表面的硬度和耐磨性，减少模具在成型过程中的磨损和粘模现象，从而提高模具的精度和使用寿命。
机械零件：如齿轮、轴类、螺栓等。对于齿轮，软氮化可以提高齿面的硬度和抗胶合能力；对于轴类零件，能够增强其耐磨性和抗蚀性，提高在复杂工况下的工作可靠性。
汽车零部件：像发动机的曲轴、凸轮轴等。这些零部件在高温、高速、高负荷的工况下工作，软氮化处理后的良好性能有助于提高汽车发动机的性能和可靠性，延长零部件的更换周期。
