渗氮层的性能

1.氮化层硬度和耐磨性

氮化层的主要组织是α相以及和它共格联系或氮化物。氮对提高α -Fe硬度的作用并不明显，只有y'相和含氮马氏体才有高的硬度。合金元素虽减小氮化层的深度,但能明显地提高表面硬度。

钢经气体氮化后，表面硬度和耐磨性比其他热处理方法获得的要高。例如38CrMoAIA 氮化层硬度可达 HV1000 ~ 1200，远高于渗碳层的表面硬度,其耐磨性也特别良好。

氮化层的高硬度是由于合金氮化物的弥散硬化作用。氮化物本身具有很高的硬度，而且晶格常数比基体α - Fe大得多，因此，当它与母相保持共格联系时，会使母相晶格产生很大的弹性畸变。由于与母相共格的氮化物颗粒周围的弹性畸变应力场的作用，使位错运动受阻，从而产生明显的强化效果。但是，氮化温度不同，生成的氮化物尺寸大小不同，氮化后的硬度也不一样。氮化温度升高,氮化物尺寸长大并和母相共格关系被破坏，硬度便降低。

由多种元素合金化的钢比单一元素的合金钢对基体产生畸变的效果大，它表现为有较高的基体硬度。同时，合金元素又增加了α相基体的含氮量，溶解更多的氮原子，使微观应力明显增高，硬度也提高，氮化后的快冷，使过饱和固溶体发生时效，这些都可增加基体的硬度。

一般认为，氮化层的硬度越高，耐磨性也越好。但是硬度并不是衡量耐磨性的标准。对38CrMoAlA、40Cr 、1Cr13钢氮化层硬度和耐磨性试验的结果表明:38CrMoAlA 和4OCr 钢氮化层的耐磨性与硬度不相符，耐磨性位于渗层稍内的区域。随着氮化温度的升高和保温时间的延长，这种不相符合的现象更为明显。1Cr13钢虽然氮化层的硬度较低，但耐磨性比38CrMoAlA 钢要高。38CrMoAlA 和40Cr钢经620℃ 氮化，比560℃氨化的耐磨性高。看来，耐磨性还与接触面材料、润滑条件、载荷形式和组织状态等有关。

2．疲劳强度

氮化层不仅具有高的表面硬度、强度,而且由于析出比容较大的氮化物相，使氮化层产生较大的残余压应力。表层残余压应力的存在，能部分地抵消在疲劳载荷下产生的拉应力，延缓疲劳破坏过程，使疲劳强度明显提高。同时，氮化还使工件的缺口敏感性降低。表5-13为几种钢材520℃氮化后疲劳强度提高的百分率。

氮化处理提高疲劳强度的效果随着氮化层的加深而升高，但是，过厚的氮化层表面出现大量脆性e相层，反而引起疲劳强度降低。故以疲劳强度看，对氨化层深度的要求，一般以0.5mm左右为宜。

3.红硬性

氮化层的抗回火能力一般可保持到氮化温度，所以，氮化表面在500℃以下可长期保持高硬度,短时间加热到600℃，其硬度不降低。氮化层在高温下保持高硬度的性能可用来提高某些在较高温度下工作的零件（如排气阀)的耐磨性。当温度超过600 ~625℃时，氨化层中弥散分布的氨化物的聚集和基体组织的转变将使硬度降低。