1.渗氮件的质量检验

渗氮件的质量检验包括渗氮前的检验和渗氮后的检验。

（1）渗氮前的检验项目 一般渗氮前的检验项目有两项：一是按钢铁材料的供货标准检验钢材的化学成分、低倍组织，即夹杂物的形貌、带状组织等；二是零件毛坯调质处理后的金相组织和力学性能，通常只检验硬度值。金相组织应为回火索氏体，不允许有明显的大块铁素体。

（2）渗氮后的检验项目 渗氮后的检验项目通常包括渗氮层深度、渗氮层脆性和硬度。下面具体介绍检验方法。

1）渗氮层深度的检验方法

①硬度法：按照GB/T 11354—2005《钢铁零件渗氮层深度测定和金相组织检验》，从零件表面开始每隔一定的间距，沿着试样的垂直方向测量显微硬度，将测至比基体硬度高30～50HV处的距离作为渗层的深度。显微硬度法测得比较准确，但操作较复杂，按GB/T 11354—2005，有争议时应以显微硬度法来仲裁。

②断口法：将试样敲断后目测或用20～25倍放大镜观察试样的横断口，渗氮层呈细瓷状脆性断口特征，而心部组织带状纤维呈塑性破坏断口特征。这种测量方法的误差较大，尤其是断口不平整歪斜时误差更大。但是，断口法简便、快捷，适合工艺过程中的现场检测。

③金相分析法：在放大100倍或200倍的显微镜下，按GB/T 11354—2005《钢铁零件渗氮层深度测定和金相组织检验》中图2～图6所示进行测量，从试样表面沿垂直方向测至与基体组织有明显的分界线处的距离，即为渗氮层深度。

2）金相组织检验：检查内容包括渗氮层的组织类型和形貌。渗氮层的组织中不允许有鱼骨状和网状氮化物，允许有少量脉状组织，渗层表面的白亮层应均匀，厚度小于0.03mm，其中不允许有脆性极大的ξ相或Ⅰ～Ⅲ级脆性的白亮层，否则应该把它磨去。

3）渗氮层的脆性检测：应在零件的工作部位或试样表面检测渗氮层的脆性。采用维氏硬度计在渗氮层的抛光表面压出压痕，按GB/T 11354—2005《钢铁零件渗氮层深度测定和金相组织检验》中的图7和表2对渗氮层脆性进行评级，共分为5级，一般零件达到1～3级为合格，重要零件达到1～2级为合格。

4）渗氮层硬度检验：渗氮层的硬度在试样表面的垂直方向上测量，测量前可用细的金相砂纸轻轻按磨试样的表面。通常采用HV₁₀维氏硬度计测量硬度，渗层深度小于0.2mm的用HV₅维氏硬度计检测。

2.渗氮件缺陷的预防和补救

渗氮有一段式、二段式和三段式工艺，还有以获得耐蚀性能为目的的渗氮工艺。现在企业最常用的渗氮工艺是以氨气分解提供活性氮原子进行气体渗氮。下面分析气体渗氮的主要缺陷及预防知识。

（1）表面外观缺陷

1）表面产生氧化色：应根据其产生的原因分别采取相应的预防和补救方法。

①炉膛密封性差，渗氮过程中有空气进入，或在渗氮后期的冷却过程中产生负压。其预防方法是用U形压力计检查炉气压力，保持炉膛密封，不出现负压，不使空气进入炉膛。

②渗氮后出炉温度偏高，零件出炉时在大气中被不同程度地氧化。其预防方法是将渗氮件随炉冷到150℃以下再出炉。

③氮气管网中的干燥剂吸潮严重，甚至积水。其预防方法是装炉前认真清除管网内的积水，定期烘干干燥剂，保证氨气管网内的干燥剂正常工作。

2）表面出现金属本色（亮点或块），原因通常是表面附着物渗不上氮而发亮，如非渗氮面的镀锡层淌锡、表面有油污或粘有水玻璃、锈迹清除不彻底以及装炉量过多、气流流动不畅等。因此，工件渗氮前应仔细清洗去污，切勿使防渗膏（剂）、水玻璃沾污渗氮部位，镀锡层厚度应小于或等于0.01mm，管道不用镀锌管，合理装炉并使气流通道畅通。

3）表面腐蚀：当采用氯化铵（或四氯化碳）作催渗剂时，由于加入量过多，挥发得太快，而使工件表面腐蚀。因此，目前除不锈钢气体渗氮仍使用上述催渗剂外，其余钢件渗氮已不采用此方法，若需采用，则应按渗氮罐的容积严格控制加入量，并用干燥硅砂均匀混合后使用，以防止其分解、挥发得太快。

4）起泡剥落：薄板材料的带状组织和非金属夹杂物分布不当，造成渗氮层组织不均匀而引起表面起泡剥落。其预防方法是薄板状工件尽量选用圆材锻造，以改善组织和夹杂物的分布，不选用轧材，以避免起泡剥落。

5）尖角剥落：形状复杂的工件，尖角、棱角等处由于渗入氮的含量高，引起脆性大，易造成尖角剥落，如套筒、齿轮等棱角严重，渗氮温度低，有的在大的夹持力作用下渗氮可能产生裂纹。因此，在设计时就应将尖角改成圆角或倒成大角，并正确选择渗氮温度，在渗氮前还应进行去应力处理，合理夹持工件，这样才能防止裂纹的产生。

（2）变形 渗氮工件变形的原因主要有以下几个方面：

1）渗氮炉有效加热区内的温度不均匀：炉内的电热元件布置不合理或断相加热，氨气流量不稳定，工件装炉过密造成气流不畅等都会导致工件加热不均匀或氮势不均匀。因此，要改进加热元件功率分配，合理装炉，严格按工艺要求控制氨气流量，这样才能使炉内气流稳定、温度均匀。

2）机加工残留应力：由于渗氮前的机加工产生的残留应力会导致渗氮工件的变形，因此，对精度要求较高、易变形的渗氮工件应在调质后安排半精加工工序和去应力退火，将机加工的余量留得尽可能的少，清除完残留应力后再进行精加工，以减少工件的变形。(www.daowen.com)

3）工件结构设计不合理：工件渗氮面不对称或局部渗氮造成相变应力不均匀都会导致工件变形，所以应从设计角度考虑尽量避免不对称渗氮，在局部渗氮时，应降低加热和冷却速度，这样可使工件减少应力变形。

4）装载方式不合理：装炉时应避免工件的堆、压和斜放，长杆件应采用垂直吊挂方式，必要时应设计专用工装，正确卡、吊或夹持工件，以减少工件自重变形或工件堆挤所产生的变形。对尺寸稳定性要求不高的工件，可以进行热校正，热校正后再进行消除应力处理。

5）渗氮工艺操作不当：渗氮层比体积大，产生的相变应力会带来形状变化，并且渗氮层越厚影响越大。若工艺参数选择不当，则渗氮温度过高、时间过长和氮势高都会产生过厚渗层，会加剧变形。因此，应尽量采用低的渗氮温度，缩短渗氮时间，控制好氨分解率，不使氮势过高。

6）加热或冷却不当：对于尺寸大、形状复杂的工件，若加热或冷却速度过快，则会使热应力增大而引起变形。为了保证工件内外温差小和均热，应缓慢加热、分阶段升温来减轻热应力，即300℃以上每100℃保温1h，渗氮后的冷却速度也要尽可能地降低。

（3）渗层组织缺陷

1）渗氮层深度过浅

①炉温控制得偏低，尤其是两段渗氮的第二段温度偏低。渗氮温度越高，扩散速度就会越快，渗层也就越深，因此应校正测温仪表，按第二阶段工艺规范进行一次渗氮。

②渗氮时间不足。在正常温度下随着时间的延续，渗层总深度增加，应通过抽检试棒渗层深度来控制保温时间。

③装炉不当，工件之间相距太近；工件进炉前表面不洁或耐热钢渗氮罐体触媒作用周期性地变化影响渗氮效果。其预防措施是合理装炉，保持气流畅通；工件进炉前进行认真清理；对使用已久的渗氮罐进行定期退氮处理或使用低碳钢搪瓷炉罐。

2）渗氮层脆性较大并出现网状、脉状、针状或鱼骨状氮化物：按GB/T11354—2005《钢铁工件渗层深度测定和金相组织检验》标准规定，渗氮层中氮化物级别按扩散层中氮化物的形态、数量和分布分为5级，一般工件以1～3级为合格，重要工件以1～2级为合格。合格的氮化层组织中不应有网状、脉状、针状或鱼骨状氮化物。出现这类缺陷的原因及应对方法如下：

①一般情况下氨分解率越低，向零件表面提供渗入氮原子的能力越强，但过低时容易产生脆性白亮层，所以应按工艺规定流量通入氨气，定时监测并调整炉内气体的氨分解率。

②当零件调质处理出现块状铁素体，或零件表面保持有脱碳层时，易引起渗氮层脆性脱落。因此，应严格控制调质的淬火温度，避免晶粒粗大；增加零件的加工余量，去除零件表面的脱碳层。

③零件表面粗糙使渗氮层不均匀，以及零件结构上存在尖角、锐边等不合理结构，都会增大脆性倾向。其应对方法是保证零件表面粗糙度；在零件设计上把关，避免出现尖角、锐边等不合理的结构。

④液氨蒸发成为氨气，氨气管网中没有有效的干燥装置，水分进入炉膛后也会产生上述缺陷。保证氨气供应管网中的干燥装置正常运行可有效防止这类缺陷。

3）渗氮层不致密、耐蚀性差。造成渗氮层疏松的主要原因是氨分解率过高，表面氮含量太低。另外，工件表面有锈蚀、锈斑也会对渗氮效果产生影响。应适当调整氨分解率，保证合适的氮势或加强入炉前的清洗除锈工作。

4）渗氮后表面硬度偏低：出现这种缺陷时一般可进行返工处理。其产生原因和补救方法如下：

①选材不当。一般渗氮后渗层硬度，低碳钢约为300HV，中、高碳钢为500～600HV，合金钢可达1000～1200HV，应根据零件的性能要求和工况正确选材。

②氨分解率控制不当。氨分解率偏低，氨气流量偏大，会使渗氮层硬度降低，所以应将氨分解率控制在15%～40%范围内。若第一阶段保温时氨分解率偏高（>30%），则会降低表面硬度，因此在第一阶段保温时氨分解率应控制在18%～25%。

③零件进炉前表面不洁：零件表面有油污、锈斑等都会造成表面硬度偏低，应在零件进炉前进行认真清理。

④渗氮温度过高：通常渗氮温度超过550℃时，合金氮化物将发生聚集长大，使渗层硬度下降，应将渗氮温度严格控制在480～550℃范围内。

⑤渗氮罐久未退氮。对渗氮罐要定期（10炉左右）进行退氮处理，新渗氮罐要进行预处理或采用低碳钢搪瓷炉罐。

对于最后两种情况下产生的表面硬度偏低现象，可采用一次补充渗氮（510℃，10h，氨分解率为20%～30%）的方法进行补救。

5）渗氮层硬度不均匀。工件预先调质硬度低，组织不均匀；工件表面未清理干净，有油污或局部防渗镀锡层发生淌锡；密封不严，炉盖处漏气或装炉量太多，气氛循环不良，造成炉温不均、温差较大等都会使渗氮层硬度不均匀或出现软点。应严格按照工艺规范调质；渗前认真清洗工件；控制局部渗氮工件的防渗层厚度并在镀锡前对工件进行喷砂处理；经常检查加热设备和测温仪表；合理装炉，使工件留出足够间隙，保持气氛循环及均匀加热。这样可保证渗氮层硬度均匀并避免出现软点。