第3章 碳氮共滲工藝及其應用
3.1 概述
碳氮共滲（俗稱氰化）系指在奧氏體狀態下同時將碳、氮滲入工件表層，并以滲碳為主的化學熱處理工藝。其目的是使工件在保持心部較高韌性的條件下，表面層獲得高硬度，以提高其耐磨性和抗疲勞性能等。
碳氮共滲層比滲碳層具有更高的耐磨性、疲勞強度和耐蝕性；比滲氮層有更高的抗壓強度和更低的表面脆性，而且生產周期短、滲速快、適用材料廣泛。碳氮共滲的性能和工藝方法等與滲碳基本相似，但由于氮原子的滲入，又有其特點。
3.1.1 氮原子的滲入對滲層組織轉變的影響
氮原子的滲入對碳氮共滲滲層組織轉變的影響，見表3.1。
表3.1 氮原子的滲入對碳氮共滲滲層組織轉變的影響
圖3.1 20鋼［成分（質量分數）：C 0.17%～0.24%，Si 0.10%～0.20%，Mn 0.30%～0.60%］碳氮共滲和滲碳層端淬曲線對比
3.1.2 碳氮共滲的特點
（1）碳氮共滲化學熱處理的特點 見表3.2。
表3.2 碳氮共滲化學熱處理的特點
表3.3 氮和碳對臨界點的影響
圖3.2 碳、氮在共滲層中的分布曲線
圖3.3 溫度對碳氮共滲層和滲碳層深度影響
（2）碳氮共滲的工藝特點 見表3.4。
表3.4 碳氮共滲的工藝特點
圖3.4 共滲溫度對共滲層中碳、氮含量的影響
（a）50%CO+50%NH3氣體；（b）23%～27%NaCN鹽浴；（c）50% NaCN鹽浴共滲；（d）30% NaCN+8.5% NaCNO+25% NaCl+36.5%Na2CO3
圖3.5 碳氮共滲時間對滲層碳、氮含量的影響
（a）不同保溫時間下共滲層表面碳、氮含量（T8鋼，溫度800℃，滲劑：苯+氨）；（b）不同保溫時間下共滲層截面中氮含量分布（30CrMnTi，滲劑：三乙醇胺，溫度850℃）
3.1.3 碳氮共滲工藝的分類
碳氮共滲工藝的分類見表3.5。
表3.5 碳氮共滲工藝的分類
3.1.4 碳氮共滲的技術條件
碳氮共滲的技術條件見表3.6。
表3.6 碳氮共滲的技術條件
表3.7 齒輪類工件的碳氮共滲層深度要求
表3.8 按照服役條件、承載能力選取共滲層深度的要求
3.1.5 碳氮共滲用材及共滲后的熱處理
（1）碳氮共滲用材 見表3.9。對碳氮共滲用鋼力學性能、工藝性能及鋼材質量方面的要求與滲碳鋼基本相同，因此一般滲碳鋼均可用于碳氮共滲。
表3.9 碳氮共滲工藝適用的材料范圍
（2）碳氮共滲后的熱處理 與滲碳相比，碳氮共滲過程處理溫度較低，一般不會發生晶粒長大，故共滲后通常進行直接淬火和回火。常用結構鋼碳氮共滲后熱處理工藝及表面硬度見表3.10。碳氮共滲零件熱處理各工藝方案的特點見表3.11。
表3.10 常用結構鋼碳氮共滲后熱處理工藝及表面硬度
表3.11 碳氮共滲零件熱處理各工藝方案的特點
3.1.6 碳氮共滲件的組織與性能
碳氮共滲件的組織與性能見表3.12。
表3.12 碳氮共滲件的組織特征與力學性能
圖3.6 低碳鋼碳氮共滲后的平衡組織（100×）
圖3.7 40Cr鋼齒輪共滲后直接淬火組織（100×）
圖3.8 850℃碳氮共滲和滲碳淬火硬度比較（20Mn2TiB鋼）
表3.13 幾種鋼碳氮共滲及滲碳后的耐磨性對比
