1、材料特点
         铸铁中的碳和硅含量很高，一部分碳以石墨状态存在阻碍氮的扩散，而硅固溶在铁素体中形成了含硅铁素休，渗氮时形成硅的氮化物Si₃N₄，同样也阻碍氮的扩散，因此铸铁形成厚的渗氮层很困难，渗氮时间需很长。灰铸铁含有大量石墨，且存在疏松、气孔等缺陷，渗氮时对氮原子扩散起机械阻碍作用。由于铸铁在渗氮温度下长时间加热，Fe₃C会发生石墨化，引起工件变形和降低基体性能，需要加以避免。另外铸铁中石墨常含有油污杂质，粗糙的铸造表面和组织缺陷都会造成铸铁离子渗氮升温时突然脱气，影响正常的辉光放电，因此铸铁件属于难清洗的工件。铸铁模具离子渗氮的前净化处理是项重要工序。
         2、原始组织
         铸铁离子渗氮处理前的基体组织为铁素体、铁素体+珠光体、珠光体或细珠光体（回火索氏体）。不同基体组织的铸铁经离子渗氮后，其化合物层和扩散层厚度不同，扩散层硬度也不同。
         球墨铸铁最佳离子渗氮的基体组织应是珠光体，但球墨铸铁中，大颗粒球状石墨对铸铁总体强度产生不利影响，并在渗氮层与基体界面上成为内部缺口，在外表面引起渗氮表面粗糙度增加。因此，分布均匀的细球状石墨，才可以得到最好的渗氮效果。据资料介绍，德国球铁石墨颗粒直径一般要求在30～60um之间，对重负荷模具和零件，其石墨颗粒尺寸还应减小。
         3、化合物层
         铸铁离子渗氮后的化合物层基本由三种相组成：ε，γ’和Si₃N₄。根据铸铁成分、原始组织不同和处理工艺条件变化，各相数量相应变化。
         铸铁离子渗氮后的化合物层硬度可达800～1100HV，化合物层厚度可达4～15um以上。以球墨铸铁为例，采用580°C*3h离子渗氮工艺，铁素体基化合物层厚为8um，而珠光体基化合物层仅为5um，可见铁素体基体有利于氮原子扩敬，因而也有利于化合物层的增厚。而高氮势气氛下珠光体基球铁也可获得较厚的以ε相为主的化合物层，这可能与珠光体基体中Fe₃C参与了ε相的形核和高氮浓度梯度促进ε相的长大有关。
         4、扩散层
         硅是氮化物形成元素，渗氮时形成Si₃N₄（硬度1000HV左右），尤其当铸铁中含Si、Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Mg、Ce及Al等氮化物形成元素时，扩散层弥散硬化效果更加明显。含Cr、Ni、Mo的高强度合金铸铁渗氮效果最好，而添加合金元素的球墨铸铁离子渗氮效
果更加突出。
         由于铸铁中的碳和硅含量高，氮原子扩散困难，渗氮过程中扩散层的硬化效果主要在近表面的次表层，这里由高氮的过饱和α-Fe和α-Si₃N₄起主要硬化作用，合金铸铁中还有合金元素参与进一步提高其硬化效应。因此，无合金元素的普通铸铁渗氮时只形成化合物层，次表层硬化不明显，而含有Cr、Al、Mo等合金元素的铸铁，可使扩散层内次表层显著硬化。
         以球墨铸铁570°C*6h高子渗氮工艺为例，原始组织为珠光体时得到的渗氮层具有最高的硬度和较浅的层深。
         硅减少氮在α-Fe中溶解度，使氮扩散速度减慢。由于Si与N亲合力强，优先形成Si₃N_4，扩散层中硅含量越高，Si₃N₄析出越多，硬化效果增强，而渗层厚度减小。
         5、尺寸变化
         铸铁模具离子渗氮特点之一是渗氮变形极小，渗氮后可以直接使用，也可稍加抛光后提高模具表面光洁度。但需注意强化阴极溅射对铸件尺寸和表面粗糙度的轻微影响。
         铸铁在500～600°C长时间加热Fe₃C会分解，产生铁素体引起铸件尺寸长大和工件变形。实践证明，球墨铸铁在580°C渗氮不超过6h，不会引起Fe₃C石墨化，即不会引起铸铁尺寸长大。因此，只要选用适当渗氮温度，充分延长渗氮时间，可得到较深较硬的渗氮层，而不引起铸铁件的尺寸变化。铸铁中添加适量Sn、Sb、Cu．可阻止Fe₃C分解，稳定珠光体，防止石墨化。
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