1 引言
渗氮方法有气体渗氮、离子渗氮、镀钛渗氮等，最常用的是气体渗氮。氮化过程中氮的溶解和氮化物的形成取决于被处理的钢铁材料和设置的工艺方法。粉末高速钢是种新兴钢材，相对传统工具钢，硬度高，破坏韧性大，热膨胀系数均匀，尺寸稳定性好，其主要用途为制造各种机床的切削工具, 也部分用于高载荷模具, 航空高温轴承及特殊耐热耐磨零部件等。
2 渗氮理论
渗氮，是在一定温度下一定介质中使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺。气体氮化在工业生产中得到广泛应用。
随温度升高，氨气的分解率增高，但分解率太高，式2.1中产生的[N]原子及[H]原子容易以式2.2所示的N2和H2形式溢出，所以温度不宜太高，一般控制在500-600摄氏度，这时分解率最佳，在20-30%之间，。
含有强氮化物形成元素，如铝，铬，钼，钛，铌等的合金钢，由于在内部析出氮化物产生硬化效果，再加上表面氮溶于基体中产生的固溶强化，可使表面层的硬度提高，渗氮层的深度和硬度分布取决于取决于合金中氮的扩散率以及氮化物的形成数量。渗氮温度下，合金氮化物析出的程度由氮的扩散率控制，析出物的大小由合金元素的扩散控制。
除[Fe]外，其他合金元素都会降低Q的功能，当[N]与[Fe]以外的元素作用时，碳化物居重要角色，碳化物基本上是Cr，V，Fe与C形成的复合化合物，当碳化物的分布或形态形成较大的表面积时，传统工具钢如SKD11,其碳化物以块状形式存在，而ASP2030以小圆球状生成，后者具较高的表面积，因此后者在氮化时会有较低的Q值，此外就传统工具钢SKD11而言，因其碳化物排列仍具方向性，当氮原子扩散时，亦随着方向性的不同，将有不同的Q值。
氮化硬化的机制主要是在氮化层产生氮化物，以Fe2N和Fe4N为主，在合金钢中，亦会形成合金碳化物，如CrC，Cr-Fe-C复合碳化物等亦会够曾氮化层硬化的主因。
3 热处理过程
3.1材料比较
3.2 实验过程
3.2.1 淬火和回火
传统工具钢SKD11和粉末高速钢ASP2030的块状零件尺寸（8x6 x5mm）。试样SKD11淬火温度1030℃，油冷，然后在炉中加热到550℃保温1小时，进行回火热处理后，将试样放入显微镜中观察微观组织。试样ASP2030淬火温度1180℃，回火三次，回火温度560℃，每次回火保温2小时。
3.2.2 气体渗氮
在工具钢研磨之后，将试件放入通入NH3的控制气氛炉中，NH3的气体流动速度2.8 m 3/h，加热温度510-5300C，保温10小时进行渗氮处理。
4.力学测试和微观结构分析
4.1 硬度测试
用AR-10洛氏硬度仪分别测量渗氮前后试件的硬度如表4.1，4.2所示。
4.2显微组织（OM）
热处理之后，将试件在光学显微镜下观察，以1000倍率透镜观察渗氮后SKD11钢的组织变化，马氏体基体散布球状碳化物颗粒，还有白色的铁素体组织，渗氮层清晰可见。
显微镜下观察可知，平行方向渗氮层深度12-13 um，垂直方向渗氮层深度10-11um，方向性很明显。
5.结论
钢在渗氮时碳化物具有一定的方向性，碳化物的方向性受含碳量及合金元素等的影响程度，还需进一步研究。
参考文献：
[1]王秋领. 冷作模具材料TD渗铬碳化物覆层研究[D].武汉理工大学.2010.5
[2] 伍翠兰.元敏.陈汪林. 20钢渗氮表面500℃盐浴渗铬层微观组织结构研究[J].湖南大学学报（自然科学版）. 2010(9):60-64
作者：滕琦（1979.5-），性别：女，民族：汉，江苏苏州人，硕士，讲师，研究方向：CAD/CAE，模具改性
