渗碳与渗氮的机理比较

孤鸿踏雪

渗碳与渗氮两种工艺是工业生产中应用最多的化学热处理，也是业界关注、研究最多的化学热处理。关于渗碳和渗氮的科技文献，说是汗牛充栋一点也不夸张。然而，遍观群书，对渗碳和渗氮的机理有什么异同点却鲜有报道。希望坛子里的朋友就此问题进行一次深入的讨论，比如二者的相同点、不同点有哪些？二者的渗入机理有无本质不同？为什么对渗氮表面（预先处理）质量有更高的要求？二者都符合菲克定律吗？为什么渗氮没有类似于哈里斯（F．E．Harris）方程式那样的温度、时间的函数关系？
   希望大家积极踊跃参与交流和讨论。

一张餐巾纸

关于渗碳和渗氮，杨工的讨论题好大，不是三言两语可以讲清楚的；然而，在两者的一些基本概念上，分出两者的相同点和差异之处，是我们热处理工作者应该具备的知识。
     抛个砖头，简单说说个人看法：
    1，在一定高温下，都是利用渗入元素（氮或碳）可以在纯铁中（含钢中其它合金元素）溶解成为固溶体，过饱和后还可以形成化合物这一原理实现的。即，碳可以溶解于奥氏体，一旦饱和后将生成碳化物；氮可以溶解于铁素体，一旦饱和后可以生成氮化物。
    2，碳或氮渗入的扩散过程，都服从‘菲克定律’。对于某一钢牌号，在某一固定温度下，渗层深度与时间的函数关系上，两者遵循抛物线规律，并有相应的公式来描述。渗碳方面的数据比较容易查到；而渗氮方面的资料则稀少，有兴趣者可查阅‘金属热处理2005年第30卷增刊——30Cr2MoV钢渗氮行为研究（林欣悦、焦迪清）’一文。
    3，在差别方面，最大的区别是，渗氮是在炉气氮势高于甚至远高于平衡相图上氮在铁元素中的溶解度（溶解度很小），并且可以生成大量氮化物的条件下进行的，也就是说零件表面一开始就很快生成了完整的化合物层（可控氮化除外）；而渗碳是炉气碳势在远远低于碳化物生成条件下进行的，也就是说，在炉气的碳势下，碳有相当大的幅度溶于奥氏体中，即便有过饱和发生，由于炉气没有足够高的碳势，也仅有部分生成碳化物，形成不了完整的碳化物表层。
      两者这一差别，导致了在研究方向和机理解释上的重大不同。  可以设想，渗碳时，如果把炉气碳势提高到大于或者大大高于6.69％水平，在此情况下，表面很快生成的是一层完整的碳化物薄层，那就要根据铁碳平衡图，像研究渗氮那样，重新审视渗碳过程的组织变化规律了。
      教科书上，可没有看到这样说，我这样看，对吗？可商榷。
   4，再一点明显的区别是，
     渗剂造成炉气的活度不一样。渗碳气氛中裂解（分解）出来的活性碳原子，经零件表面吸附后炉气中仍然有较多的‘可用碳’，碳势下降缓慢，但仍然保持着一定的渗碳能力。为了稳定所需要的碳势，补充的渗剂量比较小。
     而渗氮炉气中氨气冲刷零件表面分解出的活性氮原子，被部分吸附后，剩下的则很快结合成分子状态而失去活性，也就是说，炉气的氮势下降很快，为了维持足够高而稳定的氮势，就得保持较大通氨量的连续性。
     以上是学习相关原理问题，个人理解后的简述，为了不误别人，还是以教科书为准吧，因为理论水平低，也不是热处理理论工作者。

sochi

钢材在奥氏体体状态下渗碳    在没有进入二相区进行氮化，氮化后表面温度达到“620”度以上，表面进入二相区
注意  620度是一个大约，根据氮化氮化浓度有点变动

孤鸿踏雪

回复 2# 一张餐巾纸


    何老能否讲解一下强化渗氮与耐蚀渗氮的机理有何不同？

一张餐巾纸

杨工呀，你烤我:，我哪能知道得那么多？！再说就更丢丑了，还是请老师和爱钻研理论的朋友来帮我解围吧。如果论述能够获得杨工的满意评语，除了帖子的加分以外，我愿意再献出30热处理币表示感谢。

sochi

非常想看到两位高手在论坛上相互领跑，带领我们增加增阔知识

孤鸿踏雪

非常想看到两位高手在论坛上相互领跑，带领我们增加增阔知识
sochi 发表于 2011-5-22 07:04

    让您见笑了，我发这个帖子的原因是这些问题我一直想弄清楚而至今未能弄清楚，文献与自己的理论基础，也搞不清楚，目的是抛砖引玉。
   还希望有识之士为这个帖子添把柴禾。

wangqinghua196

回复 1# 孤鸿踏雪

渗氮也有渗氮深度与温度、时间的关系式，只是不是F.E.Harris发明的，所以不叫哈里斯公式。

wangqinghua196

回复 1# 孤鸿踏雪

对渗碳和渗氮的机理也有详细报道。

孤鸿踏雪

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渗氮也有渗氮深度与温度、时间的关系式，只是不是F.E.Harris发明的，所以不叫哈里斯公式 ...
wangqinghua196 发表于 2011-5-23 13:18

    那个公式是什么样的函数关系？能否提供（上传）一份？

wangqinghua196

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在《热处理工程师指南》一书中，还有一段时间呢。

孤鸿踏雪

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在《热处理工程师指南》一书中，还有一段时间呢。
wangqinghua196 发表于 2011-5-23 15:02

    我手头只有《热处理工程师手册》（第1.2版），没有见过《热处理工程师指南》。在《热处理工程师手册》里倒是介绍有7种工模具钢的渗氮层深度与时间的函数关系，但奇怪的是，这个函数关系式却没有体现温度变量，难道在不同温度条件下渗氮渗氮层深与时间的函数关系没有差别吗？

wangqinghua196

回复 12# 孤鸿踏雪


    那是7个回归方程。

fannameng

氮化与渗碳的强化机理不同，前者本质是一种时效强化，是在氮化过程中完成的，所以氮化后不需再进行热处理；后者是依靠马氏体相变强化，所以渗碳后必须淬火。渗碳后的淬火也同时改变着心部的性能，而氮化零件的心部性能是由氮化前的热处理决定的。所以，氮化前的热处理十分重要。
从一本书上看到的。同时想咨询一下各位老师，盐酸溶解铁的氮化物或碳化物吗？

孤鸿踏雪

回复 14# fannameng


    盐酸（或多大比例的盐酸）是否能够溶解碳化物和氮化物，未见相关资料介绍，可以进行专门试验：就是将具有一定深度白亮层（化合物层）的氮化试样或剖件，或较明显碳化物的渗碳试样，先用普通腐蚀剂腐蚀观察后，确定其白亮层和碳化物状态后，重新将试样抛光后，在用不同比例的盐酸进行浸蚀和对比观察。