氮化层的首要安排是α相以及和它共格联络或氮化物。氮对进步α -Fe硬度的作用并不显着，只要y相和含氮马氏体才有高的硬度。合金元素虽减小氮化层的深度,但能显着地进步外表硬度。
钢经气体氮化后，外表硬度和耐磨性比其他热处理办法取得的要高。例如38CrMoAIA 氮化层硬度可达 HV1000 ~ 1200，远高于渗碳层的外表硬度,其耐磨性也特别杰出。
氮化层的高硬度是因为合金氮化物的弥散硬化作用。氮化物自身就具有很高的硬度，并且晶格常数比基体α - Fe大得多，因而，当它与母相坚持共格联络时，会使母相晶格发生很大的弹性畸变。因为与母相共格的氮化物颗粒周围的弹性畸变应力场的作用，使位错运动受阻，由此发生显着的强化作用。可是，氮化温度不同，生成的氮化物尺度巨细不同，氮化后的硬度也不一样。氮化温度上升,氮化物尺度长大并和母相共格联系被损坏，硬度便下降。
由多种元素合金化的钢比单一元素的合金钢对基体发生畸变的作用大，它表现为有较高的基体硬度。一起，合金元素又添加了α相基体的含氮量，溶解更多的氮原子，使微观应力显着增高，硬度也进步，氮化后的快冷，使过饱和固溶体发生时效，这些都可添加基体的硬度。
一般以为，氮化层的硬度越高，耐磨性也越好。可是硬度并不是衡量耐磨性的规范。对38CrMoAlA、40Cr 、1Cr13钢氮化层硬度和耐磨性实验的依据成果得出:38CrMoAlA 和4OCr 钢氮化层的耐磨性与硬度不相符，耐磨性坐落渗层稍内的区域。跟着氮化温度的升高和保温时刻的延伸，这种不相契合的现象更显着。1Cr13钢尽管氮化层的硬度较低，但耐磨性比38CrMoAlA 钢要高。38CrMoAlA 和40Cr钢经620℃ 氮化，比560℃氨化的耐磨性高。看来，耐磨性还与接触面资料、光滑条件、载荷方式和安排状况等有关。
氮化层不仅仅具有高的外表硬度、强度,并且因为分出比容较大的氮化物相，使氮化层发生较大的剩余压应力。表层剩余压应力的存在，能部分地抵消在疲惫载荷下发生的拉应力，推迟疲惫损坏进程，使疲惫强度明显进步。一起，氮化还使工件的缺口敏感性下降。表5-13为几种钢材520℃氮化后疲惫强度进步的百分率。
氮化处理进步疲惫强度的作用跟着氮化层的加深而升高，可是，过厚的氮化层外表呈现很多脆性e相层，反而引起疲惫强度下降。故以疲惫强度看，对氨化层深度的要求，一般以0.5mm左右为宜。
氮化层的抗回火才能一般可坚持到氮化温度，所以，氮化外表在500℃以下可长期坚持高硬度,短时刻加热到600℃，其硬度不下降。氮化层在高温下坚持高硬度的功能可用来进步某些在较高温度下作业的零件（如排气阀)的耐磨性。当温度超越600 ~625℃时，氨化层中弥散散布的氨化物的集合和基体安排的改变将使硬度下降。
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