渗氮 (氮化)

　　渗氮是在一定温度下 (Ac1以下)，使活性氮原子渗入到模具工作表面并向内扩散，形成氮化物层的工艺过程。

　　渗氮可获得较高的表面硬度 (1000～1200HV)和耐磨性，并能保持到600℃左右而无明显下降;具有较好的抗疲劳强度和耐蚀性;渗氮处理的温度较低且不再进行其它热处理，所以工件变形小，适合于精密模具的表面强化处理;渗氮层厚度小于0.7mm，脆性较大，因此只适合于含铬、钼等合金钢。

　　目前主要应用的渗氮方法是气体渗氮和离子渗氮两种。气体渗氮是将已经除油净化了的模具零件置于通有***的井式渗氮炉内，加热至渗氮温度后保温，氨在加热温度下将分解出活性氮原子，被工件表面吸收而形成固溶体和氮化物。

　　渗氮工艺分为一段、二段和三段渗氮法。其中一段渗氮法是在480～530℃的温度范围内，长时间保温的渗氮过程;二段渗氮法是先采用较低的温度，通常为490～530℃渗氮一段时间，然后提高渗氮温度 (提高到530～560℃)，再渗氮一段时间。二段渗氮是目前生产中普遍采用的方法，与一段渗氮法相比其优点是渗氮速度快，渗氮层脆性小，缺点是渗层硬度低。

　　三段渗氮法是指在三个不同的温度段，分别进行渗氮的处理过程。***阶段的渗氮温度在490～520℃范围内;第二阶段的渗氮温度在560～600℃范围内;第三阶段的渗氮温度在520～540℃范围内。此方法具有较高的渗氮层硬度和较短的渗氮周期，但渗氮层组织比较粗大。

　　渗氮保温时间较长，具体时间则取决于对渗层厚度的要求和渗氮温度的高低，一般为10～30h。若采用二段渗氮法时，可按0.01～0.012mm/h计算。

　　下面介绍几种典型材料制成的模具的渗氮工艺规范。

　　30CrMnSiA钢采用一段表面处理法，渗氮温度为500℃士5℃，保温时间为25～30h，氨分解率为20%～30%，渗氮层厚度为0.2～0.3mm，表面硬度大于58HRC。

　　C***MOV钢采用二段处理法，***阶段的渗氮温度为480℃，第二阶段的渗氮温度为530℃。***阶段的保温时间是18h，第二阶段的保温时间是25h。***阶段氨的分解率为14%～27%，第二阶段氨的分解率为36%～60%。渗氮层厚度小于或等于0.2mm，表面硬度为720～860HV。

　　40Cr钢若采用一段法，渗氮温度为490℃，保温时间为24h，氨的分解率为15%～35%，渗氮层厚度为0.2～0.3mm，表面硬度大于或等于600HV。若采用二段法，***阶段的渗氮温度是480℃士10℃，保温时间为20h，氨的分解率为20%～30%，渗氮层厚度为0.3～0.5mm，表面硬度大于或等于600HV。第二阶段的渗氮温度为500℃士10℃，保温时间是15～20h，氨的分解率为50%～60%，其它则和***阶段相同。

　　4Cr5MOV1Si(H13)钢，采用一段处理法，其渗氮温度为530～550℃，保温时间为12h，氨的分解率为30%～60%，渗氮层厚度为0.15～0.2mm，表面硬度为760～800HV。

　　离子渗氮是辉光离子渗氮的简称，该方法是将被渗氮的工件放在密闭的真空容器，在内加热到350～570℃，真空度为2.6Pa，充入一定比例的氮、氢混合气体或***，其气压在70P乱左右。其工作原理如图3-8所示，工件作为阴极，在真空容器内相对一定的距离设置阳极，在两极加以400～1000V直流电压，使之产生辉光放电，根据渗氮温度的不同电流密度一般为0.5～3mA/cm2，在高压电场作用下气体介质发生电离而产生高能离子，并以极高的速度轰击工作表面，使氮离子转换为氮原子而渗入工作表面，然后经过扩散形成渗氮层。由于氮气电离发生浅紫色辉光，因此称为辉光离子渗氮。

　　与气体渗氮相比较，离子渗氮层的韧性和抗疲劳强度显著提高，且渗氮速度快，获得同样厚度渗层只需气体渗氮时间的1/4～1/2;对材料的适应性强，各种钢材、铸铁和有色金属都能进行离子渗氮。常用模具钢的离子渗氮工艺见表3-8。

　　来源：《模具制造基础》