铸铁是工业上广泛应用的一种铸造金属材料，它具有优良的工艺性能和使用性能，生产工艺简单，成本低廉。高强度铸铁和特殊性能铸铁还可以代替部分昂贵的合金钢和有色金属材料。经过离子渗氮处理的铸铁在耐磨耐蚀等情况下使用性能更优越，经济效益可观。
1、 铸铁材料特点
铸铁中的碳和硅很高，一部分碳以石墨状态下存在阻碍氮的扩散，而硅固溶在铁素体形成了含硅铁素体，渗氮时形成硅的氮化物，同样也阻碍氮的扩散，因此铸铁形成后的渗氮层很困难，渗氮时间需很长。灰铸铁含有大量石墨，存在疏松、气孔等缺陷，渗氮对氮原子扩散起机械阻碍作用。由于铸铁在渗氮温度下长时间加热，工件变形和降低基体性能，需要加以避免。另外铸铁中石墨常含有油污杂质，粗糙的铸铁表面和组织缺陷都会造成铸铁离子渗氮升温时突然脱气，影响正常的辉光放电，因此铸铁件属于难清洗的工件。铸铁模具离子渗氮前的净化处理是重要工序。
2、 原始组织
铸铁离子渗氮处理前的基体组织为铁素体、铁素体 珠光体、珠光体或细珠光体。不同基体组织的铸铁经过离子渗氮后，其化合物层和扩散层厚度不同，扩散层硬度也不同。灰铸铁组织和成分也不均匀，石墨呈片状造成渗氮后铸铁表面化合物层不均匀，渗氮层硬化效果也不如球墨铸铁。球墨铸铁石墨呈球状且分布均匀，基体组织和成分也比较均匀，因此渗氮后铸铁表面化合物层也比较均匀。而铸铁表面渗氮后形成的化合物层是铸铁具有高耐磨性和抗咬合性的关键。必须指出，大型高精度长寿命铸铁模具应采用合金化的高强度球墨铸铁制造。
球墨铸铁最佳离子渗氮的基体组织应是珠光体，但球墨铸铁中，大颗粒球状石墨对铸铁总体强度产生不利影响，并在渗氮层与基体界面上成为内部缺口，在表面引起渗氮表面粗糙度增加。因此分布均匀的细球状石墨，才可以得到最好的渗氮效果。
3、 化合物层
铸铁离子渗氮后的化合物层基本上由三种相组成，根据铸铁成分、原始组织不同和处理工艺条件变化，个相数量相应变化。
铸铁离子渗氮后的化合物层硬度可达800~1100HV，化合物层厚度可达4~15um。
4、 扩散层
硅是氮化物形成元素，渗氮时形成Si3N4，尤其当铸铁中含Si、Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Mg、Ce及Al等氮化物形成元素时，扩散层弥散硬度效果更加明显。含Cr、Ni、Mo的高强度合金钢渗氮效果更好，而添加合金元素的球墨铸铁离子渗氮效果更加突出。
5、 尺寸变化
铸铁模具离子渗氮特点之一变形极小，渗氮后可以直接使用，也可稍加抛光后提高模具表面光洁度。但需注意强化阴极溅射对铸铁尺寸和表面粗糙度的影响。
铸铁在500~600摄氏度下长时间加热Fe3C会分解，产生铁素体引起铸件尺寸长大和变形。实践证明，球墨铸铁在580摄氏度渗氮不超过6h，不会引起Fe3C石墨化，即不会引起铸铁尺寸长大。因此，只要选用适当渗氮温度，在渗氮时间范围内充分延长渗氮时间，可得到较深较硬的渗氮层，而不引起铸铁件的尺寸变化。
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