渗氮
渗氮（也称为氮化）是将模具零件置入含有活性氮原子的气氛中，加热到一定温度，保温一定时间，使氮原子渗入工件表面形成氮化物的热处理工艺。渗氮的目的是提高工作的表面硬度、耐磨性、疲劳性能及耐蚀性能。渗氮能使模具零件获得比渗碳更高的表面硬度、耐磨性能、疲劳性能和热硬性。渗氮也可以提高工件的抗腐蚀性能。因为模具在渗氮前一般要进行调质处理，为不影响模具的整体性能，渗氮温度一般不超过调质处理的回火温度，一般为500-570℃，渗氮后模具零件变形较小。
渗碳方法分为气体渗氮、液体渗氮、固体渗氮、离子渗氮等。常规气体渗氮周期长、生产率低、费用高、对材料要求严格，因而使其在应用上受到一定的限制；液体渗氮温度低、时间短、模具变形小，但盐浴或盐浴反应产物有一定毒性，要考虑盐浴的危害及防止措施。目前有许多新的工艺已经日趋成熟，正在生产中被广泛应用，例如真空渗氮、电解催渗氮等。
为了使渗氮有较好的效果，模具必须选择含有Al、Cr和Mo元素的钢种，以便渗氮后形成AlN、CrN和MoN，没有这些元素则渗氮层硬度低，不足以提高模具的耐磨性。模具常用钢种有Cr12、Cr12MoV、3Cr2W8V、38CrMoAl、4Cr5MoSiV、4Cr5W2VSi、5CrMnMo、5CrNiMo等。
渗氮一般是模具在整个制造过程中的最后一道工序，处理后只需少量的精磨或研磨加工。渗氮前一般要求先进行调质处理，以获得回火索氏体组织。渗氮层具有优良的耐磨性，对冷、热模具都适用。例如3Cr2W8V钢压铸模、挤压模等经调质并在520-540℃渗氮后，使用寿命比未经渗氮的模具提高2-3倍。一般渗氮气体采用脱水氨气。下面简介气体渗氮和离子渗氮两种方法
1. 气体渗氮
通常在井式炉内进行，方法是把已除油净化的工件放在密封的炉内加热，并通入氨气。氨气在380℃以上就能分解出活性氮原子，活性氮原子被钢表面吸收，形成固熔体和氮化物，氮原子逐渐向里扩散，从而获得一定深度的渗氮层。常用的气体渗氮温度为550-570℃，渗氮时间取决于所需要的渗氮层深度。一般渗氮层深度为0.4-0.6mm，渗氮时间40-70h，因此气体渗氮的生产周期很长。
1） 渗氮前的准备
在渗氮工件的整个过程中，渗氮往往是最后一道工序。为使工件心部具有必要的性能，消除加工应力，减小渗氮过程的变形，以及为获得最好的渗氮层性能作组织准备，模具在渗氮前一般都需要进行预备热处理，即进行调质处理，以获得回火索氏体组织。由于热作模具钢的渗氮仅是提高表面耐磨性，为了不影响模具的整体性能，渗氮温度一般不超过调质处理的回火温度，一般为500-570℃.
对形状复杂的精密模具，在机械加工后进行1-2次消除应力处理，以减少渗氮过程中的变形。处理温度应低于回火温度，以免降低模具硬度。脱碳层将导致渗氮后脆性增加及硬度不足等缺陷，为此模具在预备热处理前应有足够的加工余量，以保证机械加工时将脱碳层全部去除。
为使渗氮过程顺利进行，模具在装炉前要用汽油或酒精等去油、脱脂，经过清洗后表面不能有锈蚀及脏物。如果模具某些部位不需渗氮，可用涂料方法防渗。
为了检查渗氮质量，可在渗氮罐的适当部位，放置与模具同材质，并经过预备热处理的试样，便于检查渗氮层深度、表面硬度和金相组织。
2） 渗氮介质及设备
渗氮用氨气采用工业合成液氨。渗氮可在密封的箱式或井式炉中进行。氨气由液氨瓶经过流量计、干燥箱进入渗氮罐，罐要求密封，罐内温度及气流应尽可能均匀。用氨气分解率测定计测量废气中氮和氢的体积与废气总体积之比，用以表示氨分解的程度。
3） 渗氮工艺参数
渗氮温度一般在500-570℃，渗氮时间根据模具渗氮层深度的要求确定。根据经验，渗氮温度为510℃时，渗层深度≤0.4mm， 38CrMoAl钢的渗氮速率为0.01-0.015mm/h。从生产实践中不难看出，温度对渗氮层表面硬度及层深得影响显著。温度越低，渗氮层表面硬度越高，渗层越浅，变形量越小；反之温度越高，渗氮层硬度降低，层深增加，变形量增大。同时渗氮后的硬度不仅取决于温度，还与氨的分解率有关。渗氮时间取决于所要求的渗氮深度及渗氮温度。由于渗氮是在较低温度下进行的，渗氮速率很低。与渗碳相比，渗氮层深度浅（一般在0.5mm左右），过深得渗氮层深度需要更长时间的渗氮。
4） 热处理生产常用的3种渗氮方法
（1）一段渗氮法，又称等温渗氮法。在渗氮过程中渗氮温度和氨分解率保持不变，渗氮温度一般为450-530℃.适用于要求高硬度、低变形的浅层渗氮，渗层氮含量分布变化明显。
（2）二段渗氮法。第一阶段采用较低的渗氮温度和较低的氨分解率，使工件表层先形成弥散度高的高硬度合金氮化物层；第二阶段再稍微提高渗氮温度和氨分解率，使氮的扩散速度加快，以便缩短渗氮时间。二段渗氮法处理的工件变形稍大，硬度梯度较平缓，但渗速较快厂生产周期较短。
（3）三段渗氮法。它是在二段渗氮法的基础上再增加一个低温阶段，可以适
当提高氨分解率，以减少模具表层的高氮脆性或者采取与第一阶段相同的氨分解率，以补充模具表面氮含量的消耗。为了减小渗氮层的脆性，在渗氮结束前2-3h应进行退氮处理，即将氨分解率提高至90%以上。
2.离子渗氮
离子渗氮是在离子渗氮炉中进行的。在一定的真空度下，利用工件（阴极）和阳极间产生的辉光放电现象进行的，所以又叫辉光离子渗氮。将工件置于离子渗氮炉（见图5-17）中的托盘上，以工件为阴极，以炉壁为阳极，通入400-750V的直流电，氨气被电离成氮和氢的正离子及电子，这时工件表面形成一层辉光。具有高能量的氮离子以很大速度轰击工件表面，将动能转变为热能，使工件表面温度升高到450-650℃；同时氮离子在阴极上获得电子后，还原成氮原子而渗入工件表面，并向内扩散形成渗氮层。
离子渗氮的主要工艺参数有：
（1） 真空度一般为1.33-13.3Pa；
（2） 气体压力常用为266-798Pa；
（3） 电流密度为0.5-5mA/cm
（4） 辉光电压。加热电压为550-750V，保温阶段电压适当比加热电压略低，通常为550-650V，形状简单去650V，形状复杂去550V；
（5） 渗氮温度。一般取450-600℃，但即使在400℃以下也能进行渗氮处理；（6） 极间距离。一般以30-70mm较为合适；（7） 渗氮时间。根据渗氮模具材料、渗氮层厚度和硬度选择合适时间。
离子渗氮速度快（获得同样深度的渗层只需气体渗氮时间的1/4-1/2），渗层韧性最好、模具变形小，是目前比较普及的一种渗氮工艺。离子渗氮广泛应用于处理热锻模、冷挤压模、压铸模、冷冲模，模具使用寿命大大提高。
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