2.1JAENS^®的设计理念

JAENS^®的适用对象是JIS机械结构用钢（如SCr420、SCM420等）。JAENS^®聚焦于软氮化处理时的加热温度。钢材的强化机制之一是通过在钢中析出细小的碳化物或氮化物颗粒来实现析出强化，而一般的软氮化处理温度适合使这些碳氮化物细微析出。基于在软氮化前的切削加工阶段抑制析出物数量，在软氮化过程中促使其析出，从而实现切削性能与疲劳强度兼顾的思路，按照以下理念进行成分设计。 

1）添加细微碳氮化物形成元素：添加碳氮化物形成元素钒（V）。在软氮化处理过程中，V会与从表面扩散进来的N形成氮化物，有助于提升表层硬度。此外，在钢材心部，V也会与其中的C、N形成碳氮化物，使心部硬度提高。

2）抑制软氮化前切削加工时V碳氮化物的析出：在奥氏体相中，V大多以固溶状态存在，而在铁素体相中，V会以碳氮化物的形式析出。在铁素体相中，温度越高越促进析出。因此，通过添加Cr、Mn、Mo等合金元素降低奥氏体向铁素体的相变温度，即促进贝氏体转变，以此减少热锻后冷却过程中V碳氮化物的析出，确保切削性能。随后在软氮化加热保温时，通过V碳氮化物的细微析出提高心部硬度。 

3）降低贝氏体硬度：贝氏体组织通常比铁素体-珠光体组织硬度更高，可能会导致切削性能恶化。因此，减少C、Si的添加量，降低母材硬度。基于以上理念设计的JAENS^®化学成分如表1所示。

2.2JAENS®的特点 

使用上述设计理念制造的JAENS^®部件具有以下特点：变形小；具有与渗碳钢相当的高疲劳强度（图1）；热锻态切削性能优异。此外，通过与氮化处理中的氮化势控制技术以及喷丸处理等技术相结合，也得到了更高的疲劳强度。

在钢铁材料微观/纳米尺度的元素分析中，广泛应用将电子束作为探针的X射线光谱法。近年来，有学者开发出了可搭载在电子显微镜上的软X射线光谱（SXES）装置。该装置是一种能够进行软X射线区域成分分析的探测器，不仅能量分辨率有所提高，对轻元素的检测灵敏度也在提升。本文利用SXES对JAENS^®的氮化行为进行了分析。切取经过软氮化表面硬化处理的JAENS^®和SCM420圆棒材的断面，从最表面向内部进行SXES分析。为了根据SXES的氮信号强度对氮含量进行定量分析，从软氮化处理后的SCM420表面约50μm处提取钢中的氮化物，采用吸光光度法对其氮含量进行定量分析，并以此作为标准曲线。

 图2展示了各试验材料的表层硬度分布。从表面到0.2mm深度的硬化层中，JAENS^®的硬度高于SCM420，由此可知软氮化处理促进了JAENS^®的表面硬化。此外，在深度0.5mm以下的位置，JAENS^®的硬度也高于SCM420，这是由于以上所述的贝氏体组织形成以及软氮化加热保温时V碳氮化物的细微析出。 

图3展示了通过SXES测定的各试验材料软氮化处理后的表层氮浓度分布。在JAENS^®中，从表面到0.2mm深度的硬化层内氮浓度较高，与图2中的硬度分布高度吻合，能够定量地确认氮化合物形成量的增加使得硬度提升。由此可见，与SCM420相比，JAENS^®在软氮化处理后能够在表层引入更多的氮，进而获得更高的表层硬度。