1.控制渗氮件质量的三层理念
渗氮技术的发展，针对渗氮质量应更新观念，若孤立地控制渗氮层硬度和层深，则限制了渗氮技术的全面发展。
为此，我们提出了渗氮质量的三层理念，即化合物层、扩散层和基体。综合控制化合物层、扩散层和基体，充分发挥每一层的有利作用，实现有效控制渗氮质量，获得优质强韧性渗氮件，向高端产品发展。
针对零件不同的服役条件，渗氮零件除了正确选用基体材料外，必须综合考虑渗氮化合物层、扩散层和基体强韧性的合理配置，满足渗氮零件对性能的要求（耐磨性、抗疲劳性、耐蚀性、强韧性），充分发挥不同渗氮方法（气体渗氮、离子渗氮、真空渗氮、盐浴渗氮等）自有的优势，把三层理念充分运用到制定渗氮工艺中，提出了浅层渗氮、深层渗氮和深层渗氮硬化工艺，无化合物层、无脉状组织、韧性化合物层等特种渗氮工艺，以及快速渗氮、催渗渗氮、多元共渗和复合处理等工艺。
三层理念还涉及对基体强韧性的认识，正确选用渗氮工件材料，对充分发挥渗氮件性能优势和制定合理渗氮工艺至关重要。
2.深层渗氮硬化工艺
渗氮技术可以在处理工件微变形条件下，实现显著提高工件表面硬度、耐磨性、疲劳强度和耐磨性，但是相对渗碳技术而言，渗氮层薄，基体硬度低，俗称“蛋壳”现象，严重限制了渗氮技术和应用范围。
浅层渗氮次表层强化不足，仅适用于轻载和以耐磨为主的服役条件。
为了适应渗氮技术在重载耐磨和复杂应力条件下的应用，我们研制了深层离子渗氮硬化技术并开发了时效硬化渗氮钢。
渗氮零件在重载耐磨和重载复杂应力条件下工作时，典型零件如重载齿轮的工作条件，承受接触应力和疲劳应力，渗氮层次表层承受最大的剪切应力，渗氮层剥落和疲劳破坏往往发生在次表层，因此充分强化次表层是渗氮零件能否在重载条件下工作和充分发挥渗氮强化潜力的关键。
我们研制的深层渗氮硬化技术包括三个相关条件：渗氮层深0.50mm以上；渗氮表面下0.40mm处硬度大于600HV；渗氮基体硬度大于400~450HV（42~46HRC）。
这项技术的核心是渗氮次表层显著强化，采用时效硬化渗氮钢时，可使渗氮基体硬度提高到400~450HV以上。
3.时效硬化渗氮钢
研制成功两种时效硬化钢，进行了深层渗氮硬化试验。
开发的时效硬化钢20CrNi3Mn2Al和20Cr3MnMoV，目的在于实现渗氮件的深层渗氮硬化，挖掘渗氮的潜力，提高渗氮件的承载能力，拓宽渗氮的应用范围，实现重载齿轮和重载耐磨件渗氮的工业应用。
这种时效硬化钢的时效硬化峰值温度为520~560℃，适合于将渗氮和时效两个工序合并，实现渗氮硬化和时效硬化同时完成。但是，渗氮硬化的扩散过程和时效硬化的沉淀硬化过程，两者时效因子不同，相互产生影响。经过试验，开发了一种变温离子渗氮工艺，优先实现渗氮的深层扩散硬化，同时兼顾基体时效硬化，实现了深层渗氮硬化的目的。深层离子渗氮硬化曲线如附图所示。
三种钢深层离子渗氮硬化曲线
试验结果表明，时效硬化钢采用变温离子渗氮工艺，实现了深层渗氮时效硬化、深层扩散和基体强化。20CrNi3Mn2Al钢和20Cr3MnMoV钢空冷固溶处理后，硬度分别为33~36HRC、40~44HRC；经过520~540℃×50h深层离子渗氮处理后渗氮表面硬度大于1000HV1，渗氮层深分别为0.75mm、0.60mm；渗氮表面下0.4mm处硬度分别达到652HV0.1、748HV0.1，渗氮基体硬度分别为431HV0.1（44.5HRC）、488HV0.1（48.5HRC）。
上述时效硬化钢可分别用于制造高性能渗氮齿轮和重载耐磨件（包括模具），开辟了提高渗氮件性能和扩大渗氮工艺应用的新途径。新钢种工艺和应用研究还有许多工作待完成，新钢种成本还较高，需要深入开发适合不同应用场合的系列渗氮钢和新时效硬化钢。
4.结语
开发时效硬化渗氮钢是研制深层渗氮硬化技术的基础。实现深层渗氮硬化是挖掘渗氮潜力，提高渗氮件承载能力，拓宽渗氮应用范围，实现重载齿轮和重载耐磨件渗氮工业应用的关键。
深入开发廉价和高性能的时效硬化钢，完善其渗氮工业应用，对渗氮行业发展有重要意义。
来源：《金属加工（热加工）》杂志