日本滲氮表面處理技術開發

1滲氮處理

滲氮處理是使處理品在氮化氣體或鹽浴環境中保持一定時間，使氮滲入處理品表面的處理方法。與滲碳處理不同，滲氮處理后，一般不進行淬火處理。滲氮鋼的硬化層是鋼中元素的氮化物析出形成的。最表層是硬度達到1000HV以上的氮化合物層，化合物層的下面是氮擴散層。

滲氮處理與軟氮化不同，滲氮處理中氮從表面滲入，因此也叫做純氮化。軟氮化是碳和氮同時滲入鋼中的處理方法。此外，還有碳和氮同時滲入鋼中的碳氮共滲方法，但軟氮化的處理溫度低（500-600℃），不發生組織轉變。碳氮共滲是在常規滲碳處理后，進行高溫（約850℃）處理，然后進行淬火，所以發生組織轉變（馬氏體轉變）。軟氮化的優點是處理品變形小，缺點是硬化層深度小。碳氮共滲的優缺點與軟氮化相反。

與滲碳品相比滲氮品的表面硬度更高、耐磨性和抗熱黏結性更好。但是滲氮處理的硬化層深度小，要獲得較深的硬化層需要長時間處理，不夠經濟。因此，對要求高強度的部件，滲氮處理的應用受到局限。

2滲氮處理技術開發

滲氮處理產生的最表層的氮化合物層硬度高、耐磨性好，但比較脆弱，是發生剝離、導致強度下降的主要原因。為此，進行了不生成氮化合物層處理方法的研發。此外，還推進了利用高電壓使氮化氣體離子化，進行快速處理的等離子氮化、高溫氮化技術的開發。

日本標準中用于滲氮處理的標準鋼種大部分是機械結構碳素鋼標準（JIS G 4051）、保證淬透性結構鋼（H鋼）標準（JIS G 4052）和機械結構合金鋼標準（JIS G 4053）中的鋼種。主要有SC、SCr、SCM、SACM等牌號。這些鋼的C含量約為0.40%。SACM465已經作為滲氮鋼納入JIS標準，鋼中提高了Cr、Al含量以通過氮化獲得高硬度。

滲氮處理是無組織轉變的處理，處理品在500-600℃的滲氮溫度下保持時間過長，內部會發生軟化。因此，要對內部要求硬度和加工性進行綜合考慮，選擇適宜的滲氮鋼鋼種和滲氮處理條件。滲氮處理是無組織轉變的處理方法，其優點是熱處理變形小。另一方面，滲氮處理的硬化層深度小，強度不如滲碳品高。所以對開發出高強度、低變形滲氮鋼的要求很迫切。為此開發出添加Cr、Al、V等提高氮化硬度元素的高強度滲氮鋼，并實現了實用化。