软氮化处理的温度和时间对渗层硬度有何影响？

一、温度对渗层硬度的影响

1. 520~560℃（中低温段）：
   硬度随温度升高逐步提升。此温度段下，氮、碳原子以固溶和形成致密 ε 相（Fe₂₋₃N）为主，ε 相硬度可达 800~1000HV，且相结构稳定；同时温度升高会提升原子扩散效率，使表层氮碳浓度梯度更合理，硬度层（有效硬度 > 450HV）的厚度和表面峰值硬度均上升。
   例：40Cr 钢在 520℃处理后表面硬度约 550HV，540℃升至 620~650HV，560℃可达 680~720HV。
2. 560~580℃（高温段）：
   超过 560℃后，硬度开始缓慢下降。一方面，高温会导致 ε 相分解为 γ’相（Fe₄N，硬度 600~700HV）和铁素体，致密的高硬 ε 相占比降低；另一方面，高温易造成表层氮原子过度扩散，表面氮浓度下降，同时化合物层易出现疏松、孔隙，导致硬度实测值降低。
   例：40Cr 钢在 570℃处理后表面硬度降至 650~680HV，580℃进一步降至 600~650HV，且孔隙率增加会使硬度数据波动变大。
3. 温度超限的极端情况：
• <520℃：原子扩散动力不足，仅能形成极薄的低浓度氮碳层，相结构以 γ’相为主，表面硬度仅 400~500HV，无实用价值；

• 580℃：不仅渗层硬度大幅下降（<550HV），还会导致基体回火软化（若基材已淬火），整体力学性能劣化。

二、时间对渗层硬度的影响

1. 0~2h（硬度快速提升期）：
   前 1h 是表面峰值硬度的关键形成期，氮碳快速渗入表层形成 ε 相，硬度从基体水平（约 200~300HV）快速升至峰值；2h 时表面峰值硬度已接近饱和，继续延长时间，峰值硬度几乎无增长。
   例：45# 钢在 550℃处理 1h，表面硬度约 600HV；处理 2h 达 680HV（峰值），后续时间硬度不再上升。
2. 2~6h（硬度层厚度增长期）：
   峰值硬度饱和后，时间延长仅能让高硬度区（>500HV）向基体内部扩散，有效硬度层厚度缓慢增加，但表面峰值硬度基本不变；若时间超过 6h，表层氮原子会向内部过度扩散，表面氮浓度略有下降，峰值硬度甚至会轻微降低（约 10~30HV）。
   例：45# 钢 550℃处理 2h，有效硬度层厚度约 0.15mm；处理 4h 增至 0.22mm，处理 6h 达 0.28mm，但表面硬度仍为 680HV 左右。
3. 时间过短（<1h）：
   仅能形成极薄的化合物层（<5μm），表面硬度不足 500HV，且硬度层无深度，无法支撑耐磨、抗疲劳需求。

三、温度与时间的协同对硬度的影响

1. 低温长时（520~540℃，4~6h）：
   表面峰值硬度略低（550~650HV），但硬度层分布均匀，相结构致密，无孔隙缺陷，适合对硬度稳定性要求高、变形敏感的精密零件；
2. 高温短时（570~580℃，1~2h）：
   表面峰值硬度易出现 “虚高”（实测 650~700HV，但含孔隙），硬度层深度虽大但稳定性差，仅适合对硬度层深度要求高、对孔隙不敏感的非精密件；
3. 最优匹配（550~560℃，2~3h）：
   表面峰值硬度可达 680~720HV，且相结构致密无缺陷，有效硬度层厚度 0.20~0.25mm，是兼顾硬度、性能和稳定性的核心参数。