氮化硅铁作为一种可提供廉价氮源的合金,在近年来发展迅速的微合金钢和合金钢领域具有良好的应用前景。目前,国内某合金生产企业采用直接氮化的方法生产氮化硅铁。生产过程中存在增氮量不稳定,氮含量有时难以达到国家标准要求的问题。弄清硅铁直接氮化机理,优化工艺参数的任务迫在眉睫。本文以硅铁增氮过程为研究对象,从原料FeSi75氮化合成过程的热力学、动力学以及物相演变三方面进行系统研究,同时考察了添加剂对硅铁增氮效果的作用规律,为改善氮化硅铁的生产工艺提供理论支撑。采用FactSage软件绘制了Si-O-N三元体系与Si-O-N-Fe四元体系在不同温度下的相平衡图,发现反应温度越高,生成Si₃N₄的起始氮分压越高,而氧分压越低。氧分压较大时,生成物中还有Si₂N₂O存在。通过实验研究了反应温度、保温时间以及添加剂对硅铁氮化效果的影响。结果表明:反应温度越高和保温时间越长的条件下,硅铁增氮量越高,但是随着各参数值的增加,硅铁的增氮效果越来越不显著;添加剂中碳酸氢铵的加入比例越大,增氮量越高,氮化硅铁的平均孔径越大,氮化硅铁的强度越低;添加剂中的黄糊精的加入比例越大,球状氮化硅铁的抗压强度越高。XRD物相分析结果表明:FeSi75中的Si元素在氮化过程中由Si→α-Si₃N₄→β-Si₃N₄转变;Fe元素则由FeSi₂→FeSi→Fe₂Si→Fe₃Si转变。采用“微粒模型”对氮化过程进行动力学分析,发现硅铁直接氮化过程的限制性环节为孔隙扩散。