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氮化層組織基本上是在純鐵和碳鋼氮化時所見到的那些組織．不同的是以這些相為基底分布著鋁、鉬及鉻的氮化物，因為它們高度游散、甚至用X光和高倍顯微鏡都無法發現．由于AIN、M02N、CrN在氮化層中呈高度游散均勻分布著，其強化作用就愈大。有人測定：38CrMoAIA鋼中的氮化物尺寸約為200-500A，主要分布在嵌鑲塊的邊界上，對滑移有阻礙作用，而使得氮化層達極高的硬度，因此說厚壁不銹鋼管氮化層的硬化本質在于氮化物硬質點的游散強化作用．

氮化后零件雖然具有高硬度、高耐磨性和高的疲勞強度，但只是表面很薄的一層（鉻銦鋁鋼于500-540℃經35-65小時氮化，層深只達0.35-0.65毫米），必須有強而韌的心部組織作為氮化層的堅實基底，才能發揮氮化的最大作用，總的看來，大部分氮化零件是在有摩擦和復雜的動載荷條件下工作的，不論表面和心部的性能都要求很高。如果用碳鋼進行氮化，形成Fe4N和Fe2N較不穩定，溫度稍高，就容易聚集粗化，表面不可能得到更高的硬度．并且萁心部也不能具有更高的強度和韌性，為了在表面得到高硬度和高耐磨性，同時獲得強而韌的心部組織，必須向鋼中加入大口徑厚壁鋼管氮化層的硬度分布(氨分解率20-30%)方面能與氮形成穩定的氮化物，另外還能強化其心部的合金元素。如Al，T1，Cr等，均能和氮形成穩定的氮化物，其中Cr: W,Mo，V，還可以改善鋼的組織，提高鋼的強度和韌性。

目前專門用于氮化的不銹鋼管種是38CrMoAIA,有時也稱為鉻鉬鋁鋼。其中鋁與氮有極大的親和力，是形成氮化物提高氮化層硬度的主要合金元素。AIN很穩定，到約1000℃的溫度在鋼中不發生溶解，由于鋁的作用使鋼具有良好的氮化性畿，鉻鉬鋁鋼經過氮化表面硬度高達=1100-1200(相當HRc67-72)。

鋼中加入鉻、鉬能提高鋼的淬透性和回火穩定性，同時也能與氮形成氮化物。此外，還可以消除鋁鋼所特有的粗晶粒組織，提高鋼的強度和韌性。同時鉬在鋼中還有消除回火脆性的作用，特別對于消除經長時間氮化并緩慢冷卻時出現回火脆性的可能性。

38CrMoAIA鋼是所有合金結構鋼中含鋁量最高的一種厚壁不銹鋼管，因含鋁量高鋼液的粘性大，容易產生點狀偏析、夾雜和使鋼錠表面質量變壞，其冶金質量難以控制．這種鋼的淬透性并不高，只可淬透30毫米．截面為咖60毫米的零件，表面與中心的硬度差可達HB60左右．因此直徑小于50毫米的零件可用油冷，尺寸大的淬火則需要水冷（或水油冷）．

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