低碳钢液相感应碳氮渗介质的研究(2)
化学热处理方法按深入元素数量，可分为单元渗，如渗碳、渗氮，和多元共渗，如碳氮共渗；按渗入元素类型可分为渗入非金属（C、N、B等）和渗入金属（Al、Cr等）。本文主要讨论的是钢的碳氮渗热处理。
1．1．1 气体渗碳氮热处理工艺
气体渗碳工艺的特点是：零件在能够产生活性原子的气体介质中进行加热渗碳[1]。气体渗碳常用的渗碳介质有吸热式可控气氛和有机液体。气体渗碳的反应以CO和H2为主，反应产物为CO2、H2O和O2。CO吸附到钢件表面，分解为吸附碳与吸附氧，碳扩散至钢件内部，而吸附氧则与H2结合产生H2O[2]。为保证反应中的碳势，防止产生炭黑或者发生脱碳和氧化现象，保证炉内足够的正压，加工过程中需要连续换气，即换气载气。通常采用的气体介质为吸热式可控气氛和有机液体。
将氮渗入钢铁零件表面的热处理称为渗氮，俗称氮化[1]。渗氮后可以得到比渗碳淬火后更高的硬度、耐磨性、红硬性和疲劳强度；由于渗氮反应温度较低，故渗氮后不进行淬火工艺，因而渗氮后工件变形很小。因此，渗氮工艺常用于精密零件的热处理。气体渗氮主要介质为NH3，氨气在催化剂作用下分解为[N]和3/2H2，氮原子吸附在工件表面并形成浓度梯度，渗入工件表层，剩余氮原子和氢复合，排出炉外。为保证活性氮原子浓度，氨气必须保持一定的速度通入炉内。
单元渗存在一定的缺点，如渗氮层较薄且脆性大，不宜承受较大冲击载荷或接触应力，为克服这些缺点，达到工件所需的力学性能，通常还可以对所需工件进行共渗，如碳氮共渗或氮碳共渗。二者相互区别。
一般所说的碳氮共渗，主要是指在Fe-N共析温度以上的中温条件下进行气体碳氮共渗。气体介质为碳氢化合物、CO、NH3按一定比例混合，在此范围的温度条件下气体介质分解产生活性碳、氮原子，吸附于工件表层并渗入。碳氮共渗以渗碳为主，共渗后的工件，其淬火后的表面硬度，耐磨性和疲劳强度等都有显著提高。而氮碳共渗又称低温氮碳共渗或者软氮化，以渗氮为主，辅以少量碳原子，是在Fe-N共析温度以下把碳和氮同时渗入钢件表面的热处理工艺。这种工艺弥补了气体单元渗氮的不足，因而有很快的发展 [3]。
1.1.2 真空气体渗碳氮
真空化学热处理即在真空炉中通入反应或保护气体，形成所需的化学气氛并进行热处理的一种工艺方法。常用的真空热处理有真空渗碳和真空碳氮共渗。真空热处理具有产品质量高、可应用范围较广、节能、生产效率高、可操作性强的优点[4]，因而越来越得到广泛的使用。近年来，常用的渗碳气有丙烷、乙炔及其混合气体等[5]。
1.1.3 普通渗碳氮工艺的不足
在现在的工业生产中，常用的工艺方法有气体和固体渗氮，这些方面的技术和工艺已日趋成熟，但是仍然存在种种不足。
气体及固体渗氮的时间较长，往往需要数个小时甚至数十小时。生产周期长，使得气体渗氮工艺的生产效率低下，成本较高。同时，由于气体渗氮氨气不能全部分解而排出炉外，易造成浪费和环境污染；而固体盐浴渗氮所用的盐多有毒性，后期处理工序繁杂。对此，研究者开发出了新型渗碳氮工艺——液相感应加热渗碳氮技术。