当渗氮零件的材料不是纯铁，而是含有碳和合金元素的钢和铸铁时，必须考虑碳与合金元素的作用。

1.碳的影响

实验表明，碳可以溶于含氮的y相，组成含碳氮的奥氏体;也可以溶于ε相，组成含碳的氮化物Fe-;(N、C)。碳在ε相中的溶解度很高，在550~600℃其值可达3.4%~3.8%C。含碳的s相具有较高的硬度、耐磨性、耐蚀性和疲劳强度，并具有一定的韧性。碳在α相及y'相中的溶解度极小,对其组织与性能的影响极微。

碳钢渗氮时，渗碳体中也可以溶解氨，组成含氮渗碳体Fe,(C、N)，在工件表层的渗碳体也会因氮的富化转变为密排六方晶格的含碳氮化物Fez-(N、C)。

碳对α相或:相中氮扩散系数的影响如图3-4所示。钢的含碳量越多，氮的扩散系数越小。这是因为钢中碳原子占据着铁素体的间隙位置，阻碍氮原子运动。

⒉合金元素的影响

钢中加入合金元素，能改变氮在α相中的溶解度。过渡族元素钨、钼、铬、钛、钒以及微量元素错、银溶于铁素体中，提高了氮在α相中的溶解度，铝和硅的作用较小。例如，合金结构钢(38CrMoAlA、30CrMo、12Cr2Ni4WA等)渗氮时，氮在α相中的溶解度可达0.2%~0.5%。这些元素将延迟渗氮层高氮相的形成。

合金钢渗氮时,y'相和s相中的一部分铁原子被合金元素置换，形成含有铁和合金元素的氮化物或氮碳化合物(Fe ,Me )4N、(Fe、Me)2N、(Fe、Me )2-(N、C)等，有些合金元素如铝、硅、钛在y'相中溶解度较大，并且扩大y'相区，含合金元素的ε相具有高的硬度的耐磨性。

合金钢渗氮时，还能形成合金元素的氮化物。大多数过渡族元素的氮化物属于间隙相，它们具有高的硬度与熔点，但很脆。合金元素与氮的亲和力按下列顺序依次递增:Ni-Co→Fe→Mn→Cr→Mo→W→Nb→V→Ti→Zr。与氮的亲和力愈强，形成的氮化物愈稳定。铝不属于过渡族元素，但它与氮的亲和力极强，能形成高硬度的稳定氮化物。

有试验表明:在Fe-Cr、Fe-Mo、Fe-Al合金和38CrMoAlA钢中渗氮时，各种钢α相中析出的合金氮化物都具有NaCl型结构，如CrN、MoN、(Fe、AI)N等。在低温渗氮时，观察到的单层薄片状氮化物与周围的α相保持完全共格关系。在较高的温度下(550℃)生成较大的片状氮化物（2~4nm)，其中合金元素原子形成NaCl型结构，氮原子位于八面体的间隙中，上述氮化物薄片边缘的共格性还部分保留着。更高温度(超过550℃)渗氮，氮化物更粗(~10nm)。继续提高温度，上述共格关系遭到破坏，氮化物聚集和球化。

以上就是东宇东庵热处理为您介绍的碳及合金元素对渗层中的相和组织的影响。