软氮化处理的温度和时间是如何影响处理效果的？

一、温度对处理效果的影响

1. 对渗层深度的影响
   温度升高会显著加快氮、碳原子的扩散速率（扩散系数随温度升高呈指数增长），因此在相同时间内，温度越高，氮、碳渗入工件表面的深度越深（包括化合物层和扩散层）。
• 若温度过低（如＜500℃），原子扩散缓慢，渗层浅且不均匀，难以形成有效的强化层。
• 若温度过高（如＞600℃），虽能加深渗层，但会导致工件基体晶粒粗大（尤其对低碳钢），降低基体强度，同时可能引起零件变形增大（失去软氮化 “低变形” 的优势）。
2. 对化合物层结构的影响
   软氮化的表面化合物层主要由 ε 相（Fe₂₋₃(N,C)）和少量 γ’相（Fe₄N）组成，温度会影响相组成及致密度：
• 中温（550~580℃）时，易形成以 ε 相为主的化合物层，ε 相具有较高的塑性和韧性，抗咬合性、耐磨性均衡，是理想结构。
• 温度过高（如＞580℃），可能促使 γ’相生成增多（γ’相硬度略高但脆性较大），甚至出现网状或多孔结构，导致化合物层脆性增加，易剥落。
• 温度过低（如＜550℃），化合物层薄且可能出现疏松，致密性差，耐磨性和耐蚀性下降。
3. 对表面硬度的影响
   温度对表面硬度的影响呈 “先升后稳” 趋势：
• 在 500~580℃范围内，随温度升高，化合物层中氮、碳浓度提高，硬度逐渐上升（通常可达 500~900 HV）。
• 若温度超过临界值（如＞580℃），过度扩散会导致表面氮浓度下降（氮向基体深层扩散），同时化合物层可能因结构疏松或 γ’相过多，硬度反而略有降低，且脆性增加。
4. 对处理效率的影响
   温度升高可缩短达到目标渗层深度的时间，提高处理效率。例如，580℃下 1~2 小时的渗层深度，可能相当于 520℃下 3~4 小时的效果。

二、时间对处理效果的影响

1. 对渗层深度的影响
   在一定温度下，渗层深度随时间延长而增加（初期呈线性增长，后期因浓度梯度减小而增速放缓）：
• 时间过短（如＜1 小时）：渗层浅（化合物层＜5μm，扩散层几乎可忽略），无法满足耐磨性、疲劳强度要求。
• 时间过长（如＞6 小时）：渗层深度不再显著增加（趋于饱和），但可能导致化合物层过厚且脆性增大（如出现裂纹或剥落倾向），同时增加能耗和生产成本。
2. 对化合物层质量的影响
   短时间（1~2 小时）处理可形成薄而致密的 ε 相化合物层，韧性好，抗咬合性优异，适合精密零件（如齿轮、轴承）。
   延长时间（3~6 小时）会使化合物层增厚，但可能伴随孔隙率增加（氮、碳原子过度聚集导致气体逸出），降低表面致密度和耐蚀性，同时扩散层中氮的分布更均匀，有利于提升疲劳强度（需平衡脆性）。
3. 对变形的影响
   软氮化的低温特性决定了其变形较小，但长时间处理（尤其接近 600℃时）可能因热应力累积导致微小变形，因此对尺寸精度要求极高的零件（如量具），需严格控制时间（通常≤3 小时）。

总结：温度与时间的协同作用

• 高硬度、薄渗层：选择 550~560℃，1~2 小时（适合精密滑动件）。
• 深渗层、高疲劳强度：选择 570~580℃，3~4 小时（适合承受交变载荷的零件）。
• 避免过高温度或过长时间，否则会导致基体性能下降、变形增大或化合物层脆性增加。