淘宝所得与大家分享之（1）

孤鸿踏雪

今天过去淘宝，淘到了一张餐巾纸老前辈的一个重要帖子，与大家分享（原帖内容及附件复制）如下：
      
      在本论坛的化学热处理板块中，[技术专题讨论]两段法气体氮碳共渗新工艺http://www.rclbbs.com/viewthread.php?tid=2383介绍了陈俊文老师就引进德国新气体氮碳共渗工艺的生产线所撰写的文章时，我曾经提到‘关于在我国到通用气体渗氮炉上铁素体氮碳共渗如何获得表面单相ε组织白亮层’的课题，希望展开讨论。以后又在aahttp://www.rclbbs.com/viewthread.php?tid=8002帖子中又谈到：“前些日子，曾经发过帖子，希望讨论气体铁素体氮碳共渗有没有适合国产设备获得ε单相白亮层的技术方法？没有看到有效结果。现在告诉大家，这项工作已经有人在做，并有所突破”的信息。
      从技术的先进性来说，这个问题，德国人多年前已经首先解决,即Deganit法。由于方法是在氨气渗氮过程中使用的放热式气氛和吸热式气氛作为添加气,这两种气氛需要气体发生器装置，价格昂贵。除了少数实力雄厚的大企业有能力引进该项技术以外，目前一般企业的经济实力难以承担，因而无法推广。在符合我国国情的常用气体渗氮炉上，用简单的成本低廉的添加剂来解决这个问题，意义当然重大！
      现在，今年(2009) 金属热处理11期上，由王蕾、吴光英老师发布了突破该项工艺技术的文章(见压缩包附件)。
      氮碳共渗时获得ε单相组织的白亮层的好处，上述文章和论坛相关的多个帖子中引述资料已经阐述得很清楚，不在重复。
      然而，在这个氮碳共渗温度区间，先后使用两种添加气氛就可以在渗氮表面白亮层上获得ε单相组织的理论依据是什么？学习上述文章和与之相关的文献后，谈谈个人的一些粗浅心得。
     1，就碳素钢而言，渗氮表面生成白亮层的过程中，一般有Fe4N(γ，相)和Fe2～3N(ε相)相继出现，由于这两种氮化物都能够溶解碳原子（这在Fe-N-C三元相图上看得很清楚），人们利用这一特性，在渗氮的同时，把碳原子添加到γ,、ε相中的工艺方法称为‘氮碳共渗’。
     2，通常的气体氮碳共渗，西方科学人员的研究和生产中大都使用放热式气氛和（或）吸热式气氛作为添加气。而中国人很聪明，摒弃了那种需要气体发生器昂贵的辅助设备,采用二氧化碳气替代放热式气氛，用甲醇或乙醇的分解气替代吸热式气氛，并在国产气体渗氮炉上得到广泛的应用。
     3，对文章中公布的二段法氮碳共渗工艺分析如下：
      1）第一段  使用的含碳添加气是二氧化碳气，在炉气中产生水煤气反应，并产生活性碳原子
                 CO2+H2→CO+H2O  (注：H2来自氨气分解气)
                 2CO→CO2+[C]
       二氧化碳气的加入，不仅可以提供碳原子，而且由于消耗了炉气中的氢气，氢气的减少将使炉气的氮势提高，高氮势气氛下对钢表面加速白亮层的生成有益，可以在较短的时间内获得较厚的白亮层。但要指出，二氧化碳气的添加量一般不多，白亮层中的含碳量较低，所获得的是γ,+ε双相组织。
     2）第二段 添加剂是甲醇，甲醇滴注于炉中发生分解后生成有氢气和一氧化碳（还有甲烷等）
                CH3OH→2H2+CO
                2CO→CO2+[C]
       反应式告诉我们，所提供的碳原子数量较多，也就是说，炉气的碳势较高，白亮层中的含碳量将增多。同时炉气中的氢气量增加而使炉气的氮势下降，对继续增厚白亮层的作用减弱。这期间压制白亮层继续增厚有益于渗入碳元素对白亮层的穿透。
     3）可以看出，这样的二段法氮碳共渗的特点是：第一段的主要作用是获得较厚的白亮层；第二段的主要作用是给白亮层中渗入较多的碳原子提高其含碳量。
    4，在第一段时已经获得的由γ,+ε组成的白亮层中，第二段提高其含碳量将促使γ,向ε转变。
     1）在575℃截面在Fe-N-C三元相图上可以看到两种氮化物的含氮量是随着含碳量的增多而变化的。γ，相的含氮量在5.9～5.3％N范围，最大含碳量为0.2％C。而ε相的含氮量在7.2～5.0％N范围， 含碳量最大可达3.6％C，在与含氮量最低的对应含碳量含量是2.1%C 。
   
   Fe-N-C三元相图  (温度575℃的截图)（见附件1）


     2）假设在第一段时期生成的白亮层中的γ，相，本来含氮量为5.9%N，由于已经有了一些碳，这时和ε相混在一起处于γ,+ε两相区。在第二段时期，随着氮化物中碳量的增多，ε相向低氮方向扩展，γ，相向ε转变，两相区逐渐缩小，当碳量超过相界（a－b线）成分时，γ，相完全消失，整个白亮层进入ε单相区，从而获得具有单相ε组织的白亮层。在白亮层中，只要氮浓度达到了5.0％N以上，碳浓度提高到2.3%C，γ，相将不复存在。
     3）相图上看到，ε相溶解碳量是有限的，供碳量过多将出现某种形态的碳化物，白亮层的相结构将由ε＋x碳化物组成。与单相ε白亮层比较，这种相结构在性能上有什么差别，有什么特色，又是一项值得深入探索的问题。
      以上理论分析对吗？学识浅薄，个人心得而已，不敢说‘正确’。
      错了望善意指正，也将恭听！还是那句老话，不接受考试式的提问。
     在如何获得性能优良的白亮层组织的问题上，我们已经落后了。公布此学习心得的用意是希望这项技术引起现场热处理工作者的兴趣，重视白亮层相结构对性能影响及其意义，工艺方法有了，理论认识有了，就有可能在气体氮碳共渗上更上一层楼，在用得着的领域里普及开来，取得应用的新经验，摸索出更好的工艺方法！不要长期陷入被‘时尚’所引导的误区，即老是以为铁素体氮碳共渗中获得的白亮层通常为ε+γ，双相组织而不以为然，把在同牌号的钢上的表面硬度高了又高当作唯一竞争的技术指标。 本帖最后由 一张餐巾纸 于 2009-12-21 04:57 编辑

钢表面获得单相ε化合物层的二段氮碳共渗工艺.part1.rar
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钢表面获得单相ε化合物层的二段氮碳共渗工艺.part2.rar
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见仁见智

之家，看来搞气体法渗氮和氮碳共渗的会员不多。像这样将下沉很深的基础性知识和个人心得的帖子淘了出来，还有暮山暮水的搬家帖，供我们参考有其意义，如果有机会时用上了，更是件好事。学习了，谢谢老孤的‘淘宝’！