钢铁零件在活性氮介质中，一定温度和保温时间下，使其表面渗入氮元素的工艺过程，叫做渗氮。渗氮和渗碳虽然都是强化零件表面的化学热处理，但它们有显著的差别。渗氮与渗碳相比有如下优点：

1）渗氮表面具有高硬度和高耐磨性。

2）具有高的残余压应力。

3）渗氮工艺温度低，工件变形小。

4）具有良好的抗蚀能力。

由于渗氮具有上述特点，因此得到了广泛应用。本文论述的柱塞就是要求高硬度、高耐磨性及高尺寸稳定性的一种零件。

该零件要求进行渗氮处理，硬度≥700HV，渗氮层深度0.3~0.6mm。在生产过程中，渗氮层深度设定在0.4~0.6mm。那么，如何制定工艺参数才能保证达到图样要求，尤为重要。

氮化工艺：

根据零件材料，渗氮工艺初步确定选用二段气体渗氮法：即零件随炉缓慢升温，在200℃保温2h，然后升温至525℃，保温18~25h，缓慢升温至 540℃，保温22~30h，再随炉缓慢升温至560℃，保温3~4h进行退氮处理，最后随炉冷却至＜200℃出炉空冷。炉温降至200℃时，关闭氨气的进气阀门， 打开氮气的进气阀门。根据零件的技术要求及生产实际，采用的设备为SIMUWU气体渗氮炉是垂直结构，具有较大的负载能力，简单的结构和易于操作。它主要用于模具钢，碳钢，合金钢和粉末冶金材料硝化热处理。

（1）加热温度

加热温度分别设定为525℃、540℃、560℃，理由是确定渗氮温度时，应综合考虑温度对渗氮层表面硬度、渗层深度及变形量的影响，同时还要考虑不影响零件心部的力学性能，渗氮温度必须低于调质回火温度。若渗氮温度过低，渗氮速度慢，为了达到一定的渗氮深度则需延长保温时间，同时导致零件表面不能吸收足够的活性氮原子，硬度不高，故渗氮温度选择在500~560℃。

（2）加热方式

选择随炉温加热，加热介质选择氮气。

（3）保温时间

保温时间分别选择18~25h、 22~30h、3~4h，理由是渗氮温度一定时，渗氮保温时间的确定主要取决于所要求的渗氮层深度。随着渗氮时间的延长，渗氮层的深度不断增加并呈抛物线规律变化，即开始增加的速度快，随着时间的延长，渗氮层深度增加得越来越慢，过长的渗氮时间 对提高渗氮层深度效果并不明显。因此，在较低的渗氮温度下，要想得到较深的渗氮层是不可能的，只有提高渗氮温度，才能得到较深的渗氮层。渗氮保温时间是一个受多种因素影响的工艺参数，一般要通过生产实践摸索，才能正确地确定。根据经验表明，当渗氮层深度＜0.4mm时，平均渗氮速度为 0.015~0.02mm/h；当渗氮层深度在0.4~0.7mm时，平均渗氮速度为0.005~0.015mm/h；渗层越深，渗速越慢。

（4）氨分解率

氨分解率分别选择18%~35%、 45%~65%、≥75%，理由是氨分解率高低直接影响着零件表面吸收氮的速度。分解率过高，炉气中氮和氢所占的体积大，零件表面吸附大量的氢，将妨碍零件表面对氮的吸收，使表面氮浓度降低，渗氮层硬度及深度减小；如果分解率过低，大量的氨来不及分解，提供的活性氮原子太少，也会降低渗氮速度。因此，为了使渗氮层的硬度梯度变得尽可能平缓，应增加渗氮层的深度，在渗氮前期，用较低的氨分解率（18%~35%）。此时零件表面迅速吸收了大量的氮原子，提高了零件渗氮表面的氮浓度，从而形成了弥散度大的渗氮物，以提高零件表面的硬度；渗氮的第二阶段可提高氨分解率 （45%~65%），使炉气中活性氮原子得到稀释，表层的氮浓度不至于进一步提高，而且还使氮原子不断地向内层扩散，增加了渗氮层的厚度。为了降低渗氮层的脆性，在渗氮结束前，将炉 温升至560~570℃、保温3~4h进行退氮处理，使氮原子能够继续向内层扩散，以降低表面的氮浓度。此时可将氨分解率控制在75%以上。

（5）冷却方式

选择炉冷至＜200℃出炉空 冷。随炉降温阶段，仍然需要继续供给氨气，并保持渗氮炉内有一定的正压，防止空气进入使零件表面产生氧化。

（6）冷却介质

选择氮气、空气。

（7）热处理后的检验方式

检验的项目主要是渗氮层深度、化合物层和扩散层，检验方法分为金相法、硬度法和断口法。我们选用的是金相法，并按GB/T 11354—2005《钢铁零件渗氮层深度测定和金相组织检验》中的规定内容进行了检验。

渗氮层硬度的检验：由于渗氮层薄且硬度高，因此对表面硬度的检验一般采用维氏硬度计。

渗氮层脆性检验：按维氏硬度压痕边角碎裂程度分为5级。应在随炉试样表面进行检验，按GB/T 11354—2005《钢铁零件渗氮层深度测定和金相组织检验》中重要零件≤3级的规定进行检验。

通过对渗氮温度、保温时间、氨分解率的分析，确定了渗氮工艺参数，并运用到实际生产中，摸索出了渗氮工艺的最佳参数。产品试样经过金相检验，渗氮物组织级别完全符合GB/T 11354—2005《钢铁零件渗氮层深度测定和金相组织检验》中的要求，能够达到二级，脆性检验1级，零件的渗氮硬度控制在780~840HV，渗氮层深度0.45mm，完全符合图样中的技术要求。