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来扬电气解密：31CrMoV9齿圈超深层深气体氮化工艺
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气体渗氮的介质是氨气(NH3)，气体渗氮的结果主要由氨在炉内的行为来确定，而氨在炉内的行为主要由渗氮温度、渗氮时间及氨的分解率(炉气氮势)所影响。因此，31CrMoV9氮化工艺试验方案主要对渗氮温度、渗氮时间及炉气氮势进行调整，以期开发兼具高质量和率的氮化工艺。
工艺方案1氮化有效时间为104h，为三段渗氮法，*段在515℃渗氮，使表面形成弥散度较大的氮化物及高的氨浓度，第二段升至525℃，并降低氮势，使氮原子快速向内扩散，第三阶段温度仍为525℃，进一步降低氮势，进行退氮。从试验结果看，其层深较深，形成了近似脉状的较粗氮化物，且白亮层较厚，脆性等级也为2级，试样压痕多边均出现细小裂纹。
工艺方案2氮化有效时间为200h，也为三段渗氮法，氮化温度有所降低，*段时间缩短，增加第三段时间，氮化物细条状，几乎没有白亮层及疏松现象，脆性等级为1级，试样压痕没有任何裂纹及塌边。
试样工艺方案3为两段渗氮法，先在505℃渗氮，氮势介于工艺方案1与工艺方案2之间，第二段升至510℃，氮势也介于工艺方案1与工艺方案2之间。
31CrMoV9合金元素含量较高，特别是钒与氮的亲和力较强，较易形成氮化物，三种工艺方案均存在脉状氮化物，工艺方案1由于强渗与扩散比较大，扩散时间过短，扩散层中有较多的呈脉状的氮化物;工艺方案2及工艺方案3中由于氮势较低，强扩比较小，扩散层中只存在少量的脉状氮化物。
三种工艺方案中以工艺方案1的试样表面硬度高，工艺方案2及工艺方案3的表面硬度相仿，但工艺方案1氮化温度高，为515～525℃，其原因主要是由于工艺方案1氮势高，其表面生成的氮化物多，而31CrMoV9氮化的表面高硬度不仅和渗氮温度相关，还和合金氮化物的数量和状态相关。
31CrMoV9氮化时产生的表面白亮层超标是其气体氮化的主要问题之一，一般认为白亮层为ε+γ，必须要控制表面的氮化物的含量。工艺方案2得到的白亮层少，其主要原因是氮化时间足够长，氮势足够低，使试样内外氮浓度达到均匀一致。工艺方案3由于采用相对较低的氮势和长时间扩散，表面形成的白亮层也较浅。工艺方案1则由于氮势高，强渗时间长，且温度高，试样内外氮浓度不均衡，更易生成较厚的白亮层及较差的疏松等级。此外，当白亮层出现明显疏松时，其脆性也会增加，工艺方案2、3的脆性明显优于工艺1。
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