不銹鋼滲氮的目的是提高表面硬度、耐磨性和抗疲勞性能。各種類型的不銹鋼原則上都可進行滲氮處理。
將工件放在含有活性氮的氣氛中,在一定的溫度和壓力下使氨原子滲入工件表面并向內擴散,在工件表面一定深度形成具有較高硬度的氮化層,這個工藝過程叫滲氮。
氮化層的組織,可根據鐵-氮平衡圖來確定。見圖7-1。從圖可見,隨鐵中的含氮量不同,鐵與氮可形成α、y、γ'、ε、ξ相。
α相是含氮鐵素體,在滲氮初期形成,α相在室溫含氮量只有0.004%,在590℃時最大含氨量為0.11%.滲氮開始階段,表層的x未被氮所飽和,隨著氨的不斷滲人,使α達到飽和的含氨量。氮繼續向工件內部擴散,a達到氮的過飽和狀態。
γ相是含氮奧氏體,只存在于共析溫度(約591℃)以上,硬度約為160HV,在共析溫度,含氮量約為2.35%,最大含氨量可達到2.89%(約650℃).γ相在共析分解時的產物為a +γ 。
γ' 相是一種固溶體(Fe4N),是在滲氮過程中,當α相處于氨的過飽和狀態時發生的轉變產物,硬度大于550HV。γ' 相脆性不大。
ε相是近于Fe3N和Fe2N之間的一種固溶體,有的稱為Fe3N。ε相是在滲氨時,當γ相達到氮的過飽和狀態時形成的。ε相脆性稍大,硬度約為260HV。
ξ相是Fe2N固溶體,其含氮量比ε相更高,脆性更大。在顯微鏡下不易與ε相區分,所以,也有將其歸于ε相的。
在不銹鋼滲氮組織中,除Fe4N、Fe3N、Fe2N外,還存在合金氮化物。
表7-1是常見不銹鋼中可能存在的氮化物及其結構和基本特性