新闻中心

零件渗碳与渗氮的区别

发布时间:

2025年07月08日

渗碳和渗氮都是金属表面化学热处理工艺，旨在通过改变零件表面的化学成分来提高其硬度、耐磨性、疲劳强度等性能。它们的主要区别体现在以下几个方面：

1.核心差异：渗入元素不同

渗碳：向零件表面渗入碳原子的过程。目的是提高表面含碳量。

渗氮：向零件表面**渗入氮原子**的过程。目的是在表面形成氮化物。

2.适用材料不同

渗碳：主要适用于低碳钢和低碳合金钢（含碳量通常在 0.1%-0.25%）。因为心部需要保持较低的碳含量以保证良好的韧性，而表面需要高碳以获得高硬度。典型材料：20, 20Cr, 20CrMnTi 等。

渗氮：主要适用于含有强氮化物形成元素（如 Al, Cr, Mo, V, Ti）的合金钢、工具钢、不锈钢以及铸铁。这些元素能与氮形成非常硬且稳定的氮化物。典型材料：38CrMoAlA（最经典）、3Cr2W8V、Cr12、1Cr18Ni9Ti（奥氏体不锈钢）等。普通碳钢渗氮效果不佳。

3. 处理温度不同

渗碳：通常在 **900°C - 950°C** 的高温下进行（属于奥氏体状态）。这个温度范围是为了让碳在钢中有足够高的扩散速率。

渗氮：通常在 480°C - 580°C的较低温度下进行（属于铁素体状态）。这个温度低于钢的相变点，可以避免心部组织变化导致的变形，同时氮也能有效扩散并与合金元素形成氮化物。温度过高会导致氮化物粗化、硬度下降。

4. 表面硬度与硬化层深度不同

渗碳：表面硬度通常在 58-63 HRC范围内。硬化层（渗碳层+淬硬层）较深，通常在 0.5mm 到 2.0mm 甚至更深，可以通过调整工艺时间来控制。

渗氮：表面硬度非常高，通常能达到1000-1200 HV (约 67-72 HRC)甚至更高，这是由硬质氮化物（如 AlN, CrN, MoN, VN）带来的。硬化层（氮化层，主要是化合物层和扩散层）相对较浅，通常在0.1mm 到 0.6mm左右。过深的渗氮层需要非常长的时间，经济性差。

5. 性能特点不同

渗碳：表面高硬度、高耐磨性。心部保持较好的韧性和强度（强韧性好）。显著提高弯曲疲劳强度和接触疲劳强度（抗点蚀能力）。承载能力强（因为硬化层深）。

渗氮：极高的表面硬度和耐磨性。优异的抗咬合性（抗擦伤、抗胶合）。良好的耐腐蚀性（化合物层，尤其是ε相，能有效抵抗大气、水、碱液等的腐蚀）。较高的热硬性（在较高温度下仍能保持硬度）。显著提高疲劳强度（尤其对缺口敏感性高的零件）。变形极小（是其最大优势之一）。

6. 工艺特点与变形

渗碳：处理温度高，时间长（几小时到十几小时）。零件变形相对较大（高温加热和淬火引起）。渗碳后必须进行淬火和低温回火才能获得表面高硬度。常采用气体渗碳（可控气氛）、真空渗碳等。

渗氮：处理温度低，时间可以很长（几十小时以获得较深渗层）。

零件变形非常小（低温处理，无相变），常作为最终热处理工序。

渗氮后无需淬火，表面高硬度是由氮化物本身提供的。常采用气体渗氮（氨分解）、离子渗氮（等离子体）、盐浴渗氮（QPQ等）。

7. 应用场合不同

渗碳：广泛应用于承受较大冲击载荷、高接触应力、高弯曲应力和需要深层硬化的零件。如：汽车/拖拉机齿轮、轴类、凸轮轴、活塞销、大型轴承套圈等。

渗氮：广泛应用于要求高表面硬度、高耐磨性、高疲劳强度、高精度、低变形、良好耐蚀性或抗咬合性的零件。如：精密机床主轴/丝杠、发动机曲轴/凸轮轴、汽缸套、塑料/铝压铸模具、齿轮（尤其是精密、高速、重载齿轮）、阀杆、阀门、量规、耐磨板等。特别适合形状复杂、热处理后难以精加工或不允许变形的精密零件。

总结对比表：

特征	渗碳 (Carburizing)	渗氮 (Nitriding)
渗入元素	碳 (C)	氮 (N)
适用材料	低碳钢、低碳合金钢 (C≈0.1-0.25%)	含 Al, Cr, Mo, V, Ti 等的合金钢、工具钢、不锈钢、铸铁
处理温度	高温(900-950°C,奥氏体区)	低温 (480-580°C, 铁素体区)
表面硬度	高(58-63 HRC)	极高(1000-1200HV,67-72 HRC)
硬化层深	较深(0.5-2.0mm)	较浅(0.1-0.6mm)
心部性能	强韧性好	取决于基体材料及调质状态
耐磨性	高	极高
抗咬合性	一般	优异
耐蚀性	无(需后续防护)	良好(尤其化合物层)
疲劳强度	显著提高(弯曲、接触疲劳)	显著提高(尤其缺口疲劳)
热硬性	一般	良好
变形	较大(高温+淬火)	极小(最大优势之一)
后续处理	必须淬火+低温回火	无需淬火
典型工艺	气体渗碳、真空渗碳	气体渗氮、离子渗氮、盐浴渗氮(QPQ)
主要应用	齿轮、轴、凸轮轴、活塞销、轴承等 (重载、冲击)	精密主轴/丝杠、模具、缸套、齿轮(精密/高速)、阀门、耐磨件 (高精度、耐磨、耐蚀、抗咬合)