为什么氮化后模具不需淬火表面就具有较高的硬度？

为什么氮化后模具不需淬火表面就具有较高的硬度？
模具经氮化后表面形成了氮化物层，从表面至里依次是ε相层、γ′相层、γ′相层和α相层。四种相的性质见下表。从表中可得，次表层中的γ′相层硬度最高，为550HV。
渗氮层中各相的性质（纯铁渗氮）
相 本质及化学式 晶体结构及晶格常数/mm 氮含量(质量分数)/% 主要性能
α 含氮铁素体 体心立方；0.2866~0.2877 590℃时0.11，室温0.004 具有铁磁性
γ′ 含氮奥氏体 面心立方 ≤2.8 仅存在于共析温度之上，硬度160HV
γ′ 以 Fe4N为基的固溶体 面心立方：0.3971~0.3801 5.7~6.1 具有铁磁性，脆性小，硬度550HV
ε 以Fe2~3N为基的固溶体 密排六方 4.55~11.0 脆性稍大，耐蚀性较好，硬度265HV
ε 以 Fe2N为基的固溶体 斜方 11.1~11.35 脆性大，硬度260HV
当模具为合金钢时，合金元素会与氮原子形成合金氮化物，而合金氮化物都具有很高的硬度，其结构与性质见下表。从表中得知，TiN硬度为最高，达到1994~2160HV。V3N硬度次之，也达1900HV。由于渗层中有合金氮化物的存在，会使氮化物层的硬度进一步增加，所以，模具渗氮后不经后续淬火处理，渗层表面就具有很高的硬度。一般来说，低碳钢的氮化物层的硬度约为300HV，中碳和高碳钢氮化物层的硬度约为500~600HV，合金钢氮化物层的硬度约为1000~1200HV。
合金模具钢氮化层中氮化物结构与性质
氮化物 氮含量(质量分数)/% 晶体结构 显微硬度HV 密度/g?cm-3 分解温度/℃ 熔点/℃
AlN 34.18 六方 1225~1230 3.05 1870 2400
TiN 21.1~22.6 面心立方 1994~2160 5.43 ＞1500 3205
NbN 13.1~13.3 六方 1400 8.40 2300 
Ta2N 3.0~3.4 六方 1220 15.81  2050
TaN 5.8~6.5 六方 1060 14.36  3090
V3N 8.4~11.9 六方 1900 5.98  
VN 16.0~25.9 面心立方 1520 6.10 ＞1000 2360
Cr2N 11.3~11.8 六方 1570 6.51  1650
CrN 21.7 面心立方 1093 5.8~6.10 1500(离解) 
Mo3N 5.4 正方    
Mo2N 6.4~6.7 面心立方 630 8.04 600(离解) 
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