目前，實用的氮化表面熱處理中，除了早期進行的氣體氮化外，有鹽浴氮化、氣體軟氮化、離子氮化等，近年來，一種新的氮化工藝一-真空氮化處理，正在成為有潛在發(fā)展趨勢的表面熱處理技術。本文僅就熱作模具鋼滲氮工藝及發(fā)展進行分析。
氣體氮化
氣體氮化又稱為硬氮化，早期在金屬壓鑄模上用氣體氮化來代替淬火。其工藝路線一般為:毛坯成型一調質處理一機械加工一除應力處理一氮化一磨削。氣體氮化表面白層常為脆性的Fe2N相，裂紋敏感性大，需將此層磨去后使用。此外，由于鐵的氮化物(Fe2N、Fe:N、Fe，N)穩(wěn)定性差，易于集聚粗化，硬度較低，常選用含強氮化物形成元素的低碳及中碳合金鋼,形成氮化物的元素均可提高氮化層硬度，但卻降低了氮原子在鋼中的擴散速度，氮化速率僅為0.01 ~ 0.015mm/h，以熱作模具鋼的典型鋼種3Cr2W8V為例，采用兩段氮化其氮化時間達50小時以上。由于上述問題的存在，從七十年代以后，隨著氮化技術的不斷發(fā)展，氣體氮化在模具上的應用逐漸減少。
軟氮化
所謂軟氮化是將模具在低溫(520~590度)進行碳氮共滲(主要是滲氮)的過程，它的主要優(yōu)點是:適用的鋼材更為廣泛，無需選用特殊的氮化鋼，對一般的結構鋼、工模具鋼均可適用；(2)除滲氮外，還滲有一定的碳，軟氮化溫度下，碳在a-Fe中的溶解度很低，碳的擴散速度比氮原子慢，因而鋼的表面層首先被碳飽和，并生成及其細小的FeC質點，它使得FesN和FeN化合物能夠較快形成，對氮化過程起著媒介和加速作用，軟氮化的時間比氣體氮化大大縮短。(3)氣體氮化與軟氮化都形成ε相，但軟氮化生成的e相不是Fe:N相，而是一種以FesN為主的相，它不但脆性和裂紋敏感性小，而且還具有耐磨、抗咬合和抗蝕等重要性能，使用前不用磨去。軟氮化的滲層較薄，不宜在重載下工作。對不承受大的載荷，而又需抗疲勞、抗磨損、抗咬合的熱作模具軟氮化十分適用。
離子氮化
與氣體軟氮化同步發(fā)展的是離子氮化。離子氮化是利用稀薄氣體的輝光放電現(xiàn)象進行氮化的方法。是目前最成熟的離子熱處理工藝其最大特點是:滲層組織和相組成可以控制，通過調整工藝參數，可獲得純擴散層，單相化合物層等，如N:/H2≤1時，化合物層是由韌性較高，厚度為10微米左右的r(FeN)單相組成，且氮化層內N的濃度梯度小，因而與基體結合比較牢固。而普通氣體氮化時。化合物層由e+Y雙相組成，由于二者比容不一造成局部拉應力區(qū)域，以及氮化層內N濃度梯度大，化合物層基體結合不很牢固，因而脆性大于離子氮化。與普通氣體氮化相比，離子氮化具有速度快，質量高，變形小，可實現(xiàn)氮勢控制，不污染環(huán)境，氨氣消耗少和易于防滲等特點，而且由于離子轟擊和氫氣的還原作用，能有效的去除表面鈍化膜。但若工件表面有油污，毛刺，盲孔，或供氮不穩(wěn)定，易使輝光由異常放電過渡到弧光放電，影響氮化進行。目前離子滲氮在模具上的應用之關鍵技術是根據其特點，合理選用工藝參數，以期獲得提高離子滲氨效能與成本之比，
真空氮化
真空氮化的出現(xiàn)代表了氮化技術的最新發(fā)展方向，它真正實現(xiàn)了生產的無污染和工件的少畸變，目前正在成為模具生產中最有應用價值的技術。
真空氮化是使用真空爐對模具進行整體加熱，充人少量氣體，在低壓狀態(tài)下產生活性氮原子滲人并向鋼中擴散而實現(xiàn)硬化的。其特點是通過真空技術，使金屬表面活性化和清凈化。在加熱、保溫、冷卻的整個熱處理過程中，不純的微量氣體被排出，含活性物質的純凈復合氣體被送人，使表面層相結構的調整和控制、質量的改善、效率的提高成為可能。真空氮化和軟氮化一樣是碳氮共滲過程，但由于氮化時將真空爐排氣至較高真空度，同時送人以氨氣為主的，含有活性物的多種復合氣體，并對各種氣體的送入量進行精確控制，真空滲氮處理后，滲層中的化合物層是e單相組織，沒有其它脆性相(如FesC、FezO)存在，所以硬度高，韌性好，分布也好。無脆性相的單相ε化合物層的耐磨性比氣體軟氮化組織的耐磨性高，抗摩擦燒傷、抗熱咬合、抗熔敷、抗熔損性能都很優(yōu)異，但該“白層”的存在對有些模具也有不利之處，易使鍛模在鍛造初期引起龜裂，焊接修補時易生成針孔.但真空滲氮的另--個優(yōu)點就是通過對送人爐內的含活化物質的復合氣體的種類和量的控制，可以得到幾乎沒有化合物層(白層)，而只有擴散層的組織。但僅有擴散層組織時，模具的抗咬合性、耐熔敷、熔損性能不夠好，因此需要根據各類熱作模具的服役條件和性能要求，調整表面層的組織和性能。這就要求合理選擇工藝，包括滲氮溫度、爐壓控制、氣體濃度、材質成分等，從而獲得理想的表面層相結構及使用性能。此方面尚有大量的工作需要做。
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