软氮化用CO2和CO有何区别

Subsea_fish · 发表于 2016-8-9 16:18:44

刚做化学热处理时间不长，发现个问题，公司里软氮化工艺分两种，
一种是NH3+CO2，一种是NH3+CO，最近一直纠结，无解，求助各
位给解释一下二者区别，谢谢！

孤鸿踏雪 · 发表于 2016-8-9 17:07:21

楼主确认，贵司有使用NH3+CO做软氮化吗？

aaron01 · 发表于 2016-8-9 17:21:43

孤鸿踏雪发表于 2016-8-9 17:07
楼主确认，贵司有使用NH3+CO做软氮化吗？

这个可以有，我也做过滴。

孤鸿踏雪 · 发表于 2016-8-9 17:29:41

aaron01 发表于 2016-8-9 17:21
这个可以有，我也做过滴。

         当然，可以有。因为用CO2，最终也要生成CO的。

         但CO是易燃易爆气体，直接拿这个做渗氮原料气，那是需要一定胆量的

aaron01 · 发表于 2016-8-9 17:43:30

孤鸿踏雪发表于 2016-8-9 17:29
当然，可以有。因为用CO2，最终也要生成CO的。

但CO是易燃易爆气体， ...

进到炉子里，就没有问题了，炉子里的氢气更危险。
在没进到炉子里的时候，氨气也要比CO更危险，泄漏的话。

孤鸿踏雪 · 发表于 2016-8-9 17:54:13

aaron01 发表于 2016-8-9 17:43
进到炉子里，就没有问题了，炉子里的氢气更危险。
在没进到炉子里的时候，氨气也要比CO更危险，泄漏的话 ...

炉膛里的氢气和一氧化碳会有什么危险呢？

hongqk · 发表于 2016-8-10 19:13:28

孤鸿踏雪发表于 2016-8-9 17:54
炉膛里的氢气和一氧化碳会有什么危险呢？

炉子里有氢气的设备有很多，几乎使用保护气氛的设备都会含有氢气。
氢气的危险无非就是燃烧、爆炸。
如果车间排气不畅通的话，氢气还会聚集在车间的顶部，一见火星就会燃烧。
当然控制好了，氢气还是很安静的。

Subsea_fish · 发表于 2016-8-11 09:59:24

孤鸿踏雪发表于 2016-8-9 17:07
楼主确认，贵司有使用NH3+CO做软氮化吗？

是的，用的Huisen氮化炉

Subsea_fish · 发表于 2016-8-11 10:02:30

aaron01 发表于 2016-8-9 17:21
这个可以有，我也做过滴。

我问了公司的前辈，通入二者对渗层有什么区别，他也说不清楚，CO用的少，正常是用的CO2，但是有时候CO2做不出来的时候会改用CO

Subsea_fish · 发表于 2016-8-11 10:03:54

孤鸿踏雪发表于 2016-8-9 17:07
楼主确认，贵司有使用NH3+CO做软氮化吗？

是的，用的是Huisen氮化炉，现在的工艺两者都有，所以我想弄清楚之间有什么区别

Subsea_fish · 发表于 2016-8-11 10:07:20

孤鸿踏雪发表于 2016-8-9 17:29
当然，可以有。因为用CO2，最终也要生成CO的。

但CO是易燃易爆气体， ...

按照这个说法，那其实二者的作用是一样的，但是为什么设备却又设置两种功能呢？但是实际上直接通CO和间接用CO2的结果又不一样

aaron01 · 发表于 2016-8-11 10:09:01

渗碳能力强弱上，CO和CO2两者是有差异的，从反应机理也可以看出。
水煤气反应是可逆反应，CO2+H2---CO+H2O 你在炉子里给的CO2是不可能完全反应生成CO的。

东方 · 发表于 2016-8-11 10:11:09

Subsea_fish 发表于 2016-8-11 10:07
按照这个说法，那其实二者的作用是一样的，但是为什么设备却又设置两种功能呢？但是实际上直接通CO和间接 ...

你这种直接用一氧化碳的还是比较少的，氨气加发生气或者甲醇的比较常见

Subsea_fish · 发表于 2016-8-11 10:16:58

东方发表于 2016-8-11 10:11
你这种直接用一氧化碳的还是比较少的，氨气加发生气或者甲醇的比较常见 ...

我们这炉子可通入的气体：裂解NH3，NH3，N2，CO2，CO，H2O

东方 · 发表于 2016-8-11 10:24:53

Subsea_fish 发表于 2016-8-11 10:16
我们这炉子可通入的气体：裂解NH3，NH3，N2，CO2，CO，H2O

你可以通水的话，通其他气都没有大问题了，就要看你们有没有发生炉和甲醇罐了，氮化通裂解NH3，NH3，N2，CO2，CO，H2O，空气，氧气，N2O等吸热气氛和放热气氛多了。

孤鸿踏雪 · 发表于 2016-8-11 10:48:18

Subsea_fish 发表于 2016-8-11 10:07
按照这个说法，那其实二者的作用是一样的，但是为什么设备却又设置两种功能呢？但是实际上直接通CO和间接 ...

      软氮化所用CO2通入炉膛要发生化学反应，先形成CO，然后再由CO和氨分解产生的H2反应，生成活性碳原子，活性碳原子和氨分解所形成的活性氮原子才能渗入工件表面。
      在软氮化过程中，炉膛的化学反应为：
      2NH3→2【N】+3H2    CO2+H2→CO+H2O    2CO→【C】CO2

枫零 · 发表于 2016-8-11 11:15:35

按照楼上几位前辈给的化学反应推断，CO2并不会完全反应生成CO，直接通CO是不是为了增加炉内CO的浓度，同时减少了CO2反应生成CO的过程，加快活性C的形成，从而加快C原子的渗入，最终影响N原子的渗入速度，加快渗氮过程？

Subsea_fish · 发表于 2016-8-11 11:59:19

孤鸿踏雪发表于 2016-8-11 10:48
软氮化所用CO2通入炉膛要发生化学反应，先形成CO，然后再由CO和氨分解产生的H2反应，生成活性碳 ...

嗯，的确是这样，刚刚又跟同事探讨了一下这个问题，终于弄清楚了我们这边用CO的目的主要是提高硬度，在我们这边做样品的时候，有的时候用CO2硬度低一些，改用CO，同等气体流量的情况下，产生的[C]量和速度要比CO2大，另外渗碳对N的渗入又有促进作用，所以硬度会增加。软氮化渗碳的目的主要是降低白亮层的脆性，其实渗入的C含量是很低的，在一般生产情况下，二者都是可以的。综上所述，CO软氮化相对于CO2有以下优点：1.可以提高渗层的N/C含量，提高硬度；2.由于C对N的促进作用，CO比CO2做出来的渗层更加均匀一些。

aaron01 · 发表于 2016-8-11 12:45:40

软氮化的渗氮气体无疑是氨气，渗碳气体其实有很多种选择的，我知道的就有CO2，CO, 发生气、甲醇、乙醇，还有通天然气的呢，各种气体各有优势。
用CO的话，确实渗碳能力要比CO2强，容易得到更高表面碳含量的白层。

孤鸿踏雪 · 发表于 2016-8-11 15:33:48

本帖最后由孤鸿踏雪于 2016-8-11 15:35 编辑

Subsea_fish 发表于 2016-8-11 11:59
嗯，的确是这样，刚刚又跟同事探讨了一下这个问题，终于弄清楚了我们这边用CO的目的主要是提高硬度，在我 ...

“我们这边用CO的目的主要是提高硬度，在我们这边做样品的时候，有的时候用CO2硬度低一些，改用CO，同等气体流量的情况下，产生的[C]量和速度要比CO2大，另外渗碳对N的渗入又有促进作用，所以硬度会增加”

这个结论可靠吗？是否得到科学的验证？如果这个结论成立，那谁还选择CO2或其它若的渗碳剂呢？如果结论可靠，那么，40Cr氮化硬度480~520HV5的问题也可以解开啦？

Subsea_fish · 发表于 2016-8-11 15:50:24

孤鸿踏雪发表于 2016-8-11 15:33
“我们这边用CO的目的主要是提高硬度，在我们这边做样品的时候，有的时候用CO2硬度低一些，改用CO ...

结论使我们这边实际生产所得到的，但是是不是适应所有的材料，这还有待检验。

孤鸿踏雪 · 发表于 2016-8-11 15:57:21

Subsea_fish 发表于 2016-8-11 15:50
结论使我们这边实际生产所得到的，但是是不是适应所有的材料，这还有待检验。 ...

一个结论的得出，必须经过多次、多渠道反复验证。

热处理产品（尤其是氮化、软氮化产品）质量检测，会受到很多不确定因素的干扰，所以，做热处理技术的人，必须具备透过现象看本质。拨开迷雾看真相的慧眼和缜密思维。

Subsea_fish · 发表于 2016-8-11 16:00:54

孤鸿踏雪发表于 2016-8-11 15:57
一个结论的得出，必须经过多次、多渠道反复验证。

热处理产品（尤其是氮化、软氮化产品 ...

嗯，说的是，是我把这事情想得过于简单了

Subsea_fish · 发表于 2016-8-12 10:18:54

孤鸿踏雪发表于 2016-8-11 15:33
“我们这边用CO的目的主要是提高硬度，在我们这边做样品的时候，有的时候用CO2硬度低一些，改用CO ...

这个是我是向公司前辈资讯了之后，他跟我说的，这些都是一些个人的经验积累，可能受到设备，工艺的一些局限，不具有普遍性，我只是想发出来跟大家分享一下的

，可能不是很严谨，见谅

aaron01 · 发表于 2016-8-12 10:25:34

本帖最后由 aaron01 于 2016-8-12 10:26 编辑

Subsea_fish 发表于 2016-8-12 10:18
这个是我是向公司前辈资讯了之后，他跟我说的，这些都是一些个人的经验积累，可能受到设备，工艺的一些局 ...

没错啊，在渗氮温度下，CO渗碳能力远远比CO2要强，强到要用稀释气体来稀释才可以避免出现碳化物相，这是早就有试验数据的，毋庸置疑。

孤鸿踏雪 · 发表于 2016-8-12 10:25:41

本帖最后由孤鸿踏雪于 2016-8-12 10:28 编辑

Subsea_fish 发表于 2016-8-12 10:18
这个是我是向公司前辈资讯了之后，他跟我说的，这些都是一些个人的经验积累，可能受到设备，工艺的一些局 ...

你言重了，技术交流重在争辩。我们应秉承毛主席的观点“知无不言，言无不尽，言者无罪，闻者足戒”
关于你所讲的采用CO替代CO2后可获得更高一点的硬度，还有home其它专家也发现这个现象，这件事也可能真有些契机，我只在这里提醒你关注一下：看到的加入CO做出的产品硬度高于加入CO2的硬度，是否考虑了二者的加入比例问题，即在氨气加入量一定的前提下，二者的通入量是否一致？这个应该是关键！这个就好比进行氧氮化时，往炉膛直接通入氧气和通入压缩空气的比例是不同的；如果你们得出的结论是科学而可靠的，那就应该相信氧氮化加入氧气和加入压缩空气也一定有区别

Subsea_fish · 发表于 2016-8-12 10:28:36

孤鸿踏雪发表于 2016-8-12 10:25
你言重了，关于你所讲的采用CO替代CO2后可获得更高一点的硬度，还有home其它专家也发现这个现 ...

好的，谢谢，我后续也会将我们这边测试过程所获得的一些东西汇总一下，跟大家分享

Subsea_fish · 发表于 2016-8-12 10:31:24

aaron01 发表于 2016-8-12 10:25
没错啊，在渗氮温度下，CO渗碳能力远远比CO2要强，强到要用稀释气体来稀释才可以避免出现碳化物相，这是早 ...

但是我今天问同事问题的时候又发现了一个问题，同种材料进行软氮化的时候，CO的通入比例上限值要比CO2高，这又是为什么？

aaron01 · 发表于 2016-8-12 10:34:33

孤鸿踏雪发表于 2016-8-12 10:25
你言重了，技术交流重在争辩。我们应秉承毛主席的观点“知无不言，言无不尽，言者无罪，闻者足 ...

老孤，氧氮共渗的问题不一样，空气里面有氧，这没错，不过那是氧和氮气的混合物，不是反应得到氧。
而在这个问题里，CO是CO2反应得到的，这个是化学反应产物，那么这个反应的自由能很高吗？是否能反应到底呢？这就注定了CO2是弱渗碳剂。
其实如果没有氢，CO2气体本身是脱碳气体！

孤鸿踏雪 · 发表于 2016-8-12 10:35:53

Subsea_fish 发表于 2016-8-12 10:28
好的，谢谢，我后续也会将我们这边测试过程所获得的一些东西汇总一下，跟大家分享 ...

无比期待！

孤鸿踏雪 · 发表于 2016-8-12 10:37:04

本帖最后由孤鸿踏雪于 2016-8-12 10:41 编辑

aaron01 发表于 2016-8-12 10:25
没错啊，在渗氮温度下，CO渗碳能力远远比CO2要强，强到要用稀释气体来稀释才可以避免出现碳化物相，这是早 ...

这种现象可用于合金结构钢产品进行对比试验

aaron01 · 发表于 2016-8-12 10:41:01

对比一下渗碳工艺，如果在900C下，一种渗碳气氛里的CO2含量很高的话，怎么可能拿到高碳势呢？CO2，H2O, O2 这第三种氧化性气氛在稳定的渗碳炉气里是平衡的，测到CO2，就相当于测到了氧含量，氧化性气氛含量高了，碳势自然下降了。
在渗氮气氛里就有这个矛盾，为了要得到更多CO，按水煤气反应，应该要给更多CO2，不过给多了并没有用，因为水煤气反应是可逆反应，不能进行到底，混合气体里未反应的CO2也会增加，我们知道CO2增加了，意味着气氛渗碳能力降低，这其实抵消了增加的CO所提高的渗碳能力。
所以CO2的渗碳能力是有极限的，不可能很高。

孤鸿踏雪 · 发表于 2016-8-12 10:41:12

aaron01 发表于 2016-8-12 10:34
老孤，氧氮共渗的问题不一样，空气里面有氧，这没错，不过那是氧和氮气的混合物，不是反应得到氧。
而在 ...

这个问题真值得深入探讨！这就是低碳钢零件进行软氮化后的表面（白亮层）硬度与白亮层内渗入的氮原子和碳原子比例有关系，即那种原子渗得多一些可获得更高硬度问题？

aaron01 · 发表于 2016-8-12 11:51:35

孤鸿踏雪发表于 2016-8-12 10:41
这个问题真值得深入探讨！这就是低碳钢零件进行软氮化后的表面（白亮层）硬度与白亮层内渗入的 ...

单单就固溶强化机制角度考虑，扩散层里碳和氮的固溶度提高，无疑是对提高硬度有好处的。

860度左右碳氮共渗淬火后获得的硬度比纯渗碳硬度高一些，这个也是一样道理，碳和氮都是小原子，都是起到间隙固溶作用的。

孤鸿踏雪 · 发表于 2016-8-12 15:17:31

aaron01 发表于 2016-8-12 11:51
单单就固溶强化机制角度考虑，扩散层里碳和氮的固溶度提高，无疑是对提高硬度有好处的。

860度左右碳氮 ...

如此说来，以渗碳为主辅至以渗入少量氮的碳氮共渗和以渗氮为主辅之以渗入少量碳可以有很宽的交集了。

孤鸿踏雪 · 发表于 2016-8-12 15:17:38

aaron01 发表于 2016-8-12 11:51
单单就固溶强化机制角度考虑，扩散层里碳和氮的固溶度提高，无疑是对提高硬度有好处的。

860度左右碳氮 ...

如此说来，以渗碳为主辅至以渗入少量氮的碳氮共渗和以渗氮为主辅之以渗入少量碳可以有很宽的交集了。

孤鸿踏雪 · 发表于 2016-8-12 15:17:49

本帖最后由孤鸿踏雪于 2016-8-12 15:20 编辑

aaron01 发表于 2016-8-12 11:51
单单就固溶强化机制角度考虑，扩散层里碳和氮的固溶度提高，无疑是对提高硬度有好处的。

860度左右碳氮 ...

如此说来，以渗碳为主辅至以渗入少量氮的碳氮共渗和以渗氮为主辅之以渗入少量碳可以有很宽的交集了。

但依据目前的理论支持：碳氮共渗过程的碳、氮渗入金属表面的机理与氮碳共渗（软氮化）过程碳、氮渗入机理可是大不相同的

孤鸿踏雪 · 发表于 2016-8-12 15:23:06

孤鸿踏雪发表于 2016-8-12 10:37
这种现象可用于合金结构钢产品进行对比试验

有没有关注过40Cr、35CrMo、42CrMo、40CrNiMo、38CrMoAl、50CrVA等中碳低合金结构钢的对比情形？

aaron01 · 发表于 2016-8-12 15:44:06

孤鸿踏雪发表于 2016-8-12 15:17
如此说来，以渗碳为主辅至以渗入少量氮的碳氮共渗和以渗氮为主辅之以渗入少量碳可以有很宽的交 ...

气体渗氮和气体渗碳本身并无很大的机制上的差别，无非是有没有化合物层的差别，其实氮化也可以做出无白层的结果，那种情况下，硬度提高就是靠的碳氮原子的间隙固溶，以及看阿尔法相里化合物分布情况。
从弥散强化的机制考虑，只要把碳（氮）化合物个头控制好，当然是数量越多越好，从这一角度来看，合金钢提高渗层碳氮浓度对硬度更有利哦，因为很多合金钢本身就含一些不易形成粗大碳化物的合金元素，如V、Al等，那么增加扩散层碳浓度会出现什么情况，答案自然就呼之欲出了。无白层氮化可以是这样的，有白层的氮化当然也会有效果，因为白层形成前，也是无白层的情况啊，另外扩散层硬度提高了，对表面硬度也会有影响哦。
原理上我认为不会有问题的，实际运用上，有一些难度在，关键就是一个度把握问题，要通多少比例，在实际运用时需要摸一下，更高端的是如何测量监控Kc，从而实现恒定Kc自动控制，这个在国外一些厂家也已经有解决方案了，据我所知尼萃斯已经在这方面走到前面去了。

孤鸿踏雪 · 发表于 2016-8-12 15:47:58

aaron01 发表于 2016-8-12 15:44
气体渗氮和气体渗碳本身并无很大的机制上的差别，无非是有没有化合物层的差别，其实氮化也可以做出无白层 ...

你有没有考虑过，渗碳淬火的碳渗入金属表面与氮碳共渗（软氮化）的碳渗入机理会有什么不同？

aaron01 · 发表于 2016-8-12 15:53:34

孤鸿踏雪发表于 2016-8-12 15:47
你有没有考虑过，渗碳淬火的碳渗入金属表面与氮碳共渗（软氮化）的碳渗入机理会有什么不同？ ...

你认为的差别是扩散的差别？还是捕捉渗剂分子的差别？

aaron01 · 发表于 2016-8-12 15:56:01

就界面反应而言，都没差别，先捕捉分子，然后在表面发生反应，然后小原子进去铁原子点阵，这个小原子可以是氮，也可以是碳。

孤鸿踏雪 · 发表于 2016-8-12 15:58:21

aaron01 发表于 2016-8-12 15:44
气体渗氮和气体渗碳本身并无很大的机制上的差别，无非是有没有化合物层的差别，其实氮化也可以做出无白层 ...

你有没有考虑，在软氮化温度条件下，如果不是因为渗入氮，几乎是不可能渗碳的

aaron01 · 发表于 2016-8-12 15:59:38

小原子进去铁原子点阵后，在扩散上略有差别吧，铁素体溶解度小，会有碳化物（氮化物）析出，奥氏体溶解度大，析出的可能性小，不过碳高了还是会析出，然而，析出并不代表着没有继续扩散行为，并不会影响到小原子往更深处继续渗入。

aaron01 · 发表于 2016-8-12 16:03:00

孤鸿踏雪发表于 2016-8-12 15:58
你有没有考虑，在软氮化温度条件下，如果不是因为渗入氮，几乎是不可能渗碳的 ...

呵呵，怎么可能出现你说的情况，铁原子点阵只要有间隙，哪有不能进碳原子，只能进氮原子的道理，温度低，扩散慢是事实，但是0.1mm，0.2mm深度肯定是有渗碳现象的，不信你去剥层法测碳浓度。
哦，不用测了，这个工作人家早就做过了，看看渗后的浓度梯度就知道了。

孤鸿踏雪 · 发表于 2016-8-12 16:18:04

aaron01 发表于 2016-8-12 16:03
呵呵，怎么可能出现你说的情况，铁原子点阵只要有间隙，哪有不能进碳原子，只能进氮原子的道理，温度低， ...

你可能没有理解我的意思。换一种表达：你能在软氮化温度条件下（实际上是一种铁素体状态）实现对普通钢材进行渗碳吗？

孤鸿踏雪 · 发表于 2016-8-12 16:18:05

aaron01 发表于 2016-8-12 16:03
呵呵，怎么可能出现你说的情况，铁原子点阵只要有间隙，哪有不能进碳原子，只能进氮原子的道理，温度低， ...

你可能没有理解我的意思。换一种表达：你能在软氮化温度条件下（实际上是一种铁素体状态）实现对普通钢材进行渗碳吗？

孤鸿踏雪 · 发表于 2016-8-12 16:18:06

aaron01 发表于 2016-8-12 16:03
呵呵，怎么可能出现你说的情况，铁原子点阵只要有间隙，哪有不能进碳原子，只能进氮原子的道理，温度低， ...

你可能没有理解我的意思。换一种表达：你能在软氮化温度条件下（实际上是一种铁素体状态）实现对普通钢材进行渗碳吗？

michealyong · 发表于 2016-8-15 07:56:58

孤鸿踏雪发表于 2016-8-12 16:18
你可能没有理解我的意思。换一种表达：你能在软氮化温度条件下（实际上是一种铁素体状态）实现 ...

孤前辈，答案显然是可以实现渗碳的

孤鸿踏雪 · 发表于 2016-8-15 10:53:14

michealyong 发表于 2016-8-15 07:56
孤前辈，答案显然是可以实现渗碳的

奥氏体不锈钢除外的一般材料，在软氮化工艺条件下，可以实现单一的渗碳吗？

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软氮化用CO2和CO有何区别

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