离子渗氮化合物层常遇到的氮化粅相有两种:γ,-Fe4N相和ε-Fe2-3N相离子氮碳共渗(俗称软氮化)还可能出现Fe3C相。γ,单相具有最小的脆性,但耐磨性较差,ε单相脆性也较小并有較好的耐磨性和抗磨合性能。合金结构钢离子渗氮时一般均得到双相(γ,+ε或ε+γ,)组织,脆性较单相大些,耐磨性较好;离子氮碳共渗得到ε+Fe3C(少量)组织脆性并不增加,而有最好的耐磨性
随着气氛含氮量增加,化合物层中ε相含量增多,白亮层也随之增厚。如40Cr鋼用氨气渗氮时ε相含量相当多,改用分解氨后则大大减少。
如气氛中加入丙烷(C3H8)后,化合物层中ε含量迅速增多,基本由ε单相组成含碳量再增多则化合物层中开始出现Fe3C,含碳量继续增多则Fe3C增多,ε减少直到完全消失。
离子渗氮需要严格控制气氛中含碳量使之能得到ε单相或ε+少量Fe3C的双相组织。这样的组织其硬度囷耐磨性均比单纯离子氮化有较大提高如45钢在含80%N2的氮氢气氛中570℃渗氮3小时,表面硬度只有575-603HV0.5加入丙烷气后,当含碳量达到临界值(不出現Fe3C的最大含碳量)时ε相化合物层的硬度达730-781
基体组织硬度较高者,渗氮層表面硬度也较高而且化合物层较厚,其中ε相也较多。
一般合金结構钢在用分解氨渗氮时随保温时间延长,ε相减少,γ,相增多,长时间保温后,化合物层基本由γ相组成。
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