在談到不銹鋼滲氮熱處理時(shí)，曾指出為保證滲氮效果，作為滲氮的預(yù)備處理，對(duì)氮化材料應(yīng)進(jìn)行預(yù)先熱處理。對(duì)于馬氏體不銹鋼，滲氮前的預(yù)先熱處理通常采用調(diào)質(zhì)處理，即淬火后高溫回火處理。現(xiàn)在這里講的滲氮+整體淬火則是以提高零件功能效果為目標(biāo)的復(fù)合熱處理。

用馬氏體鋼制作有高強(qiáng)度、耐磨、耐疲勞要求的零件時(shí)，需對(duì)零件進(jìn)行整體淬火后再低溫回火。眾所周知，馬氏體不銹鋼淬火冷卻時(shí)，表面層先冷卻到馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)M?_s以下，先發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，此時(shí)，表面組織轉(zhuǎn)變層會(huì)發(fā)生體積膨脹，心部仍處于奧氏體狀態(tài)，體積沒(méi)有變化，這使得表面受壓應(yīng)力，心部受拉應(yīng)力，而當(dāng)零件繼續(xù)冷卻時(shí)，心部溫度降低到M?_s點(diǎn)，開始發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，先已冷卻并發(fā)生轉(zhuǎn)變的表層已處于冷硬狀態(tài)，這時(shí)，心部由于組織轉(zhuǎn)變發(fā)生的體積膨脹受到限制，承受壓應(yīng)力，而表面承受拉應(yīng)力，即淬火完成后，零件表面處于殘留拉應(yīng)力狀態(tài)。這種殘留拉應(yīng)力將降低零件工作時(shí)的疲勞強(qiáng)度，降低零件的使用壽命。

如果在工件淬火之前，先進(jìn)行滲氮處理，這時(shí)，零件表面層含有較高的氮量。氮元素對(duì)金屬組織的影響類似于碳和鎳，擴(kuò)大了奧氏體相區(qū)，穩(wěn)定了奧氏體，見圖7－11，并且氮的這種作用相當(dāng)于鎳的20倍。

圖7－11　氮對(duì)鐵鉻系平衡相圖的影響

由于氮元素的作用奧氏體穩(wěn)定性的增加，降低了馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)M?_s。這使零件表面(已滲氮部分)的M?_s遠(yuǎn)低于心部，在以后淬火冷卻時(shí)，雖然表面層先冷卻，但發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的時(shí)間卻遲于心部，即已被滲氮的表面層比心部后發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，所以，最終零件的表面(已被滲氮再淬火部分)殘留了壓應(yīng)力，這當(dāng)然會(huì)提高零件的抗疲勞能力。有研究表明，先滲氮再淬火的零件可提高疲勞壽命3～6倍。如果零件滲氮、淬火后再進(jìn)行冷處理，會(huì)進(jìn)一步增加表面層的壓應(yīng)力，提高零件疲勞壽命的效果會(huì)更好。