因氧原子滲入金屬內(nèi)層與合金元素發(fā)生內(nèi)氧化和沿晶界形成氧化物。在顯微鏡下觀察到黑網(wǎng)為氧化物網(wǎng)，經(jīng)硝酸酒精溶液浸蝕后擴大部分為極細珠光體與貝氏體組織，有細小粒狀碳氮化合物，屬非馬氏體組織。共滲過程中，氧原子在鋼件表面聚集并沿奧氏體晶界向內(nèi)層擴散，而合金元素則由晶粒內(nèi)向晶界及內(nèi)層沿表層擴散，在表層與奧氏體晶界結(jié)合，形成合金元素氧化物。一般含Cr、Mn元素合金鋼較易出現(xiàn)內(nèi)氧化，貧化了周圍奧氏體中合金元素含量，降低奧氏體穩(wěn)定性，淬火時轉(zhuǎn)變?yōu)闃O細珠光體與貝氏體，為非馬氏體組織，降低硬度、耐磨性及綜合力學(xué)性能。
對策：碳氮共滲不宜用傳統(tǒng)產(chǎn)氣量小的煤油排氣，應(yīng)選用產(chǎn)氣量大的甲醇排氣；充分干燥NH3氣，排除H2O和適當提高共滲溫度；若有足夠磨量，可進行表面噴丸處理去除表面內(nèi)氧化層和選用二次精煉含W、Mo、V、Co合金鋼等措施，能有效防止和避免內(nèi)氧化。
殘余奧氏體量過多：
鋼淬火冷卻時過冷奧氏體轉(zhuǎn)變成淬火馬氏體，有小部分過冷奧氏體(殘余奧氏體)不能轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，與常溫下與馬氏體共存；淬火馬氏體經(jīng)不同溫度回火后轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌鼗鸾M織，達到所需組織性能。殘余奧氏體在回火過程中可部分轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，但材料和工藝不同或共滲時 碳氮含量過高和淬火加熱溫度偏高，滲后冷速過快，致使碳氮化合物析出量不夠，均會導(dǎo)致殘余奧氏體過量保留在使用狀態(tài)中，降低硬度、耐磨性、疲勞強度、屈服強度、彈性極限和引起組織性能不夠穩(wěn)定。因此，易導(dǎo)致在使用狀態(tài)下發(fā)生組織轉(zhuǎn)變與體積膨脹，發(fā)生參數(shù)變化，引起畸變。為此，必須嚴格控制淬火殘余奧氏體含量，過量殘余奧氏體應(yīng)采取相應(yīng)措施消除。
對策：控制碳氮含量，一般含質(zhì)量分數(shù)為0.75%~0.95%，含氮的質(zhì)量分數(shù)為0.15%~0.35%為宜。碳氮共滲保溫后出爐溫度不宜過高，適當降低淬火溫度。因合金鋼含有大量降低馬氏體點的合金元素，過高淬火加熱溫度會使鋼中碳和合金元素大量潛入高溫奧氏體中，奧氏體合金化程度高，增加奧氏體穩(wěn)定性，使過冷奧氏體不易發(fā)生馬氏體相變?；虼慊鸷蠼?jīng)短時低溫回火，接著進入零下60~180℃冷處理，實質(zhì)是淬火繼續(xù)，促使殘余奧氏體較充分轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體．溫度愈低，轉(zhuǎn)變量愈多，使鋼的組織性能穩(wěn)定，增加硬度、耐磨性與力學(xué)性能。
表面脫碳與氧化：
鋼件表面脫碳因氧化作用使鋼件表面碳量減少現(xiàn)象。當氧化速度比碳向金屬外層擴散速度小時則發(fā)生脫碳；反之，氧化速度比碳向金屬外層擴散速度大時則產(chǎn)生氧化，形成氧化鐵皮。引起脫碳原因：碳氮共滲時爐內(nèi)壓力不正常，當壓力過低時發(fā)生爐外空氣進入爐內(nèi)，或爐罐密封不嚴等原因造成。當爐內(nèi)含有氧、CO2 、H2O等氧化性物質(zhì)與鋼中鐵發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使鋼件表面氧化生氧化與脫碳。
鋼件淬火加熱時氧化脫碳形成的鐵索體、珠光體、貝氏體等組織為非馬氏體組織，造成硬度低、耐磨性差和低劣的抗疲勞強度與力學(xué)性能。必須嚴加預(yù)防和避免鋼件表面脫碳與氧化。
對策：碳氮共滲前嚴密檢查設(shè)備是否密封，維持爐內(nèi)產(chǎn)生正壓力。嚴防出現(xiàn)負壓；通入爐內(nèi)NH3氣應(yīng)經(jīng)干燥，去除H2O；淘汰或改造落后舊設(shè)備，更換新設(shè)備淬火加熱，采用可控氣氛電爐、真空電爐、微機控制爐。獲得最佳碳氮共滲層深度和顯微組織性能，可避免鋼件表面脫碳與氧化。
表面網(wǎng)狀化合物：
因碳氮共滲濃度控制不當，金屬表面吸收大于擴散，活性碳氮原子堆積在金屬表面，共滲層化合物過量集中于表層形成網(wǎng)狀化合物；當碳氮化合物沿晶界擴展，便形成網(wǎng)狀和半網(wǎng)狀共滲化合物。網(wǎng)狀化合物韌性低，脆性大，將大幅度降低共滲層抗沖擊能力與抗疲勞性能，易造成淬火時或使用狀態(tài)下應(yīng)力集中，引起鋼件表面龜裂和共滲層剝落早期失效。形成網(wǎng)狀化合物的主要原因：是爐氣碳氮勢太高，強滲期溫度過高，保溫時間過長，過早形成高濃度共滲化合物。
對策：控制碳氮滲劑供量，降低爐內(nèi)碳氮勢?？s短強滲時間，優(yōu)化強滲溫度。
碳氮共滲層不均勻：
因爐氣碳氮勢較低，共滲溫度偏低。滲期保溫時間不足；爐氣不暢，形成爐氣“盲區(qū)”，造成“斷滲”現(xiàn)象。大量碳黑沉積在鋼件表面，爐溫不均勻及裝料太密，鋼件相互接觸甚至面接觸，表面有污物等原因均會導(dǎo)致碳氮共滲層不均勻。影響產(chǎn)品質(zhì)量和使用壽命，必須采取措施避免。
對策：優(yōu)化共滲期和擴散期，保持碳氮勢在合理范圍，嚴格控制共滲劑中不飽和碳氫化合物；合理設(shè)計夾具，確保爐氣暢通和鋼件之間保持一定距離及相互不接觸；電阻絲在爐膛合理分布，確保爐膛各部位溫度均勻；裝爐前清洗干凈鋼件表面污物。
黑色斑點狀組織：
碳氮共滲初期爐氣氮勢過高，滲層中吸入大量活性氮原子，而碳氮共滲后期吸入大量活性碳原子，碳濃度增高，發(fā)生氮化物分解與脫氮過程 ，原子［N]變成氮分子而形成黑色斑點狀，在顯微鏡下由大小不等孔洞組成，即為黑色斑點狀組織，是由非金屬氮原子被還原成氣體分子形成“氣球”產(chǎn)生點狀黑色孔洞。因共滲層碳氮過飽和程度大和形成過量氮化物產(chǎn)物。
某些鋼材含有大量易形成石墨化的Si元素，原材料在高溫鍛軋時長期加熱或退火時間過長，促使鋼中 Fe3C→3Fe+C的分解，分解析出的自由碳即為石墨，質(zhì)軟。形成石墨碳夾雜物保留在孔洞內(nèi)，便是黑色斑點狀組織，導(dǎo)致鋼件既淬不透又淬不硬，黑色斑點區(qū)成為軟點區(qū)，降低抗疲勞強度、硬度、耐磨性和低劣力學(xué)性能，服役時易使?jié)B層剝落、產(chǎn)品刃口變鈍和易脆裂。必須采取措施消除黑色斑點狀組織。
對策：加強原材料金相檢查，盡量不采用有石墨化傾向的材料或嚴格制訂與執(zhí)行碳氮共滲前退火預(yù)處理工藝，降低退火溫度和縮短退火時間，或采用調(diào)質(zhì)預(yù)處理代替退火，避免析出石墨；選用含Si量較低鋼材；適當提高共滲溫度；降低強滲期和擴散期的通氨量，確保產(chǎn)品質(zhì)量。
帶狀組織：
高合金鋼含有大量合金元素，形成大量一次碳化物和二次碳化物，鋼錠雖經(jīng)坯軋制和壓延，碳化物偏析有一定程度改善，但沿軋制方向呈帶狀分布并隨原材料直徑或厚度增大而嚴重。正常碳氮共滲和熱處理無法消除，保留在使用狀態(tài)中，明顯降低材料抗拉強度、屈服強度、塑性和韌性，造成硬度不均勻與力學(xué)性能有明顯方向性。
對策：帶狀組織產(chǎn)生后無法挽救，只能采取預(yù)防措施，避免再次發(fā)生。加強原材料入庫檢查，嚴重帶狀組織不投產(chǎn)，或?qū)︿摬倪M行改鍛，可確保碳氮共滲層均勻，完全避免原材料先天性不足缺陷。
畸變：
當原材料晶粒度不均勻、帶狀組織嚴重、淬透性帶寬、鍛造流線不對稱、大件、形狀復(fù)雜、厚薄不均和加熱設(shè)備及裝掛不當；碳氮共滲加熱及淬火溫度較高、鋼件熱塑性好和碳氮共滲前存在較大內(nèi)應(yīng)力；在應(yīng)力和自重作用下易發(fā)生畸變，共滲出爐淬火時，因工件復(fù)雜，各部位轉(zhuǎn)變不同期性，如壁薄部位先冷卻得到淬火馬氏體，而壁厚內(nèi)層仍為過冷奧氏體，繼續(xù)冷卻內(nèi)層過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w、托氏體或珠光體等非馬氏體組織，不同組織比容不同導(dǎo)致畸變。
對策：嚴格原材料入庫檢查，不合格材料不投產(chǎn)；對帶狀組織不太嚴重鋼材，通過改鍛消除帶狀組織并使鍛造纖維組織流線對稱；工件最終淬火前充分進行預(yù)處理，充分消除組織應(yīng)力和冷加工應(yīng)力；改進設(shè)計，盡量使工件形狀對稱、如：做工藝孔、壁薄部位增設(shè)加強筋和倒圓角代替尖角銳邊等，以減少應(yīng)力集中；對原材料進行改鍛，達到鋼中碳化物達到1～2級；最終淬火采用分級淬火、等溫淬火和選用微變形鋼等措施，能有效避免熱處理畸變。
過共析層+共析層比例不當：
過共析層+共析層比例合理時賦予碳氮共滲層與鋼基體有牢固結(jié)合力，在受力狀態(tài)下抗剝落性強和有良好綜合力學(xué)性能。反之，當兩者比例過大或過小時，易導(dǎo)致碳氮共滲層在外力作用下極易剝落和力學(xué)性能低劣，導(dǎo)致工件早期失效。當過共析+共析層比例大于總滲層深度的3／4時為過大；當過共析層 +共析層的比例小于總深層深度的1／2時為過小。兩者比例大于等于1／2和小于等于3／4時為比例合理。
對策：對兩者比例過大者，應(yīng)調(diào)整碳氮共滲期與擴散期滲劑配方與時間比例，在甲醇稀釋保護氣氛下進行擴散處理達到技術(shù)要求；對于兩者比例過小者，可增加碳氮共滲強滲期保溫時間和在爐氣碳氮勢較高活性碳氮共滲介質(zhì)中補滲；選用微機控制碳勢和細晶粒鋼與碳氮共滲前進行調(diào)整預(yù)處理等措施達到技術(shù)條件。
共滲層淺：
主要是爐氣和設(shè)備問題。因排氣不充分，爐內(nèi)存有較多的氧化性氣氛。生產(chǎn)實踐表明，當O2和CO2含量大于等于1.0%時，不易形成碳氮共滲層；共滲劑不良，含雜質(zhì)多，分解恬性[C]、[N]原子不足；工件表面不潔，有油污、銹跡及油管堵塞，爐罐與共滲罐不正常，使共滲劑未滴到爐內(nèi)擴進入罐底部，造成爐氣不均勻等原因，導(dǎo)致共滲層淺。上述問題可在爐壓和排氣火焰發(fā)現(xiàn)。
對策：碳氮共滲前嚴密檢查設(shè)備完好率，排除設(shè)備故障清理干凈工件表面，重新按正常工藝補滲；選用產(chǎn)氣量大、不易形成碳黑的甲醇排氣；點燃排氣孔火焰，火苗為暗紫色轉(zhuǎn)為金黃色，爐內(nèi)壓力為150~300Pa，表明爐內(nèi)C、N勢循環(huán)和生產(chǎn)正常；選用微機控制碳勢等新設(shè)備和新技術(shù)等措施，能有效避免和消除碳共滲缺陷，確保產(chǎn)品 碳氮共滲層具有高品質(zhì)、長壽命。有顯著技術(shù)經(jīng)濟效益。
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