真空滲氮技術(shù)

真空滲氮是使用真空爐對鋼鐵零件進(jìn)行整體加熱、充入少量氣體，在低壓狀態(tài)下產(chǎn)生活性氮原子滲入并向鋼中擴(kuò)散而實現(xiàn)硬化的；而離子滲氮是靠暉光放電產(chǎn)生的活性N離子轟擊并僅加熱鋼鐵零件表面，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成核化物實現(xiàn)硬化的。

真空滲氛時，將真空爐排氣至較高真空度0.133Pa（1×10-3Torr）后，將工件升至，530～560℃，同時送入氨氣或NH3+CXHY+N2O復(fù)合氣體，并對各種氣體的送入量進(jìn)行準(zhǔn)確控制，爐壓控制在0.667Pa（5Torr），低壓狀態(tài)能加快工件表面的氣體交換，活躍的N元素(或N，C)來自化學(xué)反應(yīng)及NH3(或在處理溫度500-570℃NH3和CXHY的裂解)，保溫3～5h后，用爐內(nèi)惰性氣體進(jìn)行快速冷卻。不同的材質(zhì)，經(jīng)此處理后可得到滲層深為20～80μm、硬度為600～1500HV的硬化層。

真空滲氮有人稱為真空排氣式氮碳共滲，其特點是通過真空技術(shù)，使金屬表面活性化和清凈化。在加熱、保溫、冷卻的整個熱處理過程中，不純的微量氣體被排出，含活性物質(zhì)的純凈復(fù)合氣體被送入，使表面層相結(jié)構(gòu)的調(diào)整和控制、質(zhì)量的改善、效率的提高成為可能。經(jīng)X射線衍射分析證實，真空滲氮處理后，滲層中的化合物層是ε單相組織，沒有其他脆性相（如Fe3C、Fe3O4）存在，所以硬度高，韌性好，分布也好。“白層”單相ε化合物層可達(dá)到的硬度和材質(zhì)成分有關(guān)。材質(zhì)中含Cr量越高，硬度也呈增加趨勢。Cr13%時，硬度可達(dá)到1200HV；含Cr18%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，余同）時，硬度可達(dá) 1500HV；含Cr25%時，硬度可達(dá)1700HV。無脆性相的單相ε化合物層的耐磨性比氣體氮碳共滲組織的耐磨性高，抗摩擦、抗熱膠合、抗熔敷、抗熔損性能都很優(yōu)異。但該“白層”的存在對有些模具和零件也有不利之處，易使鍛模在鍛造初期引起龜裂，焊接修補(bǔ)時易生成針孔。真空滲氮還有一個優(yōu)點，鋼熱處理工藝價格，就是通過對送入爐內(nèi)的含活化物質(zhì)的復(fù)合氣體的種類和量的控制，可以得到幾乎沒有化合物層（白層），鋼熱處理價格，而只有0.1-1mm擴(kuò)散層的組織。其原因可能是在真空爐排氣至 0.l33Pa（1×10-3Torr）后形成的，鋼熱處理，另一個原因是帶有活性物質(zhì)的復(fù)合氣體在短時間內(nèi)向鋼中擴(kuò)散形成的組織。這種組織的優(yōu)點是耐熱沖擊性、抗龜裂性能優(yōu)異。因而對實施高溫回火的熱作模具，如用高速鋼或4Cr4MoSiV（H13）鋼制模具可以得到表面硬度高、耐磨性好、耐熱沖擊性好、抗龜裂而又有韌性的綜合性能；但僅有擴(kuò)散層組織時，模具的抗咬合性、耐熔敷、熔損性能不夠好。由于模具或機(jī)械零件的服役條件和對性能的要求不一，在進(jìn)行表面熱處理時，必需調(diào)整表面層的組織和性能。真空滲氮除應(yīng)用于工模具外，對提高精密齒輪和要求耐磨耐蝕的機(jī)械零件以及彈簧等的性能都有明顯效果，可接受處理的材質(zhì)也比較廣泛。

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鋼在回火后的性能

淬火鋼回火后的性能取決于它的內(nèi)部顯微組織；鋼的顯微組織又隨其化學(xué)成分、淬火工藝及回火工藝而異。碳鋼在100～250℃之間回火后能獲得較好的力學(xué)性能。合金結(jié)構(gòu)鋼在200～700℃之間回火后的力學(xué)性能的典型變化如圖5所示。從圖5可以看出，隨著回火溫度的升高，鋼的抗拉強(qiáng)度σb單調(diào)下降；屈服強(qiáng)度σ0.3 先稍升高而后降低；斷面收縮率ψ和伸長率δ不斷改善；韌性（用斷裂韌度K1c為指標(biāo)）總的趨勢是上升，但在300～400℃之間和500～550℃之間出現(xiàn)兩個較小值，相應(yīng)地被稱為低溫回火脆性與高溫回火脆性。因此，為了獲得良好的綜合力學(xué)性能，合金結(jié)構(gòu)鋼往往在三個不同溫度范圍回火：**高強(qiáng)度鋼約在200～300℃；彈簧鋼在460℃附近；調(diào)質(zhì)鋼在550～650℃回火。碳素及合金工具鋼要求具有高硬度和高強(qiáng)度，回火溫度一般不**過200℃。回火時具有次生硬化的合金結(jié)構(gòu)鋼、模具鋼和高速鋼等都在500～650℃范圍內(nèi)回火。

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熱處理的發(fā)展是伴隨著機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展而發(fā)展，機(jī)械制造又對熱處理提出了更新更高的要求，模具的熱處理又是熱處理中技術(shù)含量比較高的部分。

眾所周知，模具熱處理就是為了發(fā)揮模具材料的潛力，提高模具的使用性能。模具的性能必須滿足：高的強(qiáng)度，(包括高溫強(qiáng)度，抗冷熱疲勞性能)高的硬度(耐磨性能)和高的韌性，并且還要求有良好的機(jī)械加工性、(包括良好的拋光性)可焊接性及抗腐蝕性等等。

對模具壽命影響較大的是模具的設(shè)計(包括了正確的選擇材料)模具的材料，模具的熱處理，模具的使用和維護(hù)等。如果模具的設(shè)計合理，材料優(yōu)質(zhì)，那么熱處理的好壞直接決定了模具的使用壽命。目前國內(nèi)外都在設(shè)法采用更**的熱處理手段來提高模具的性能延長模具的使用壽命。而真空熱處理則是模具熱處理中較**的方式之一。所以從模具熱處理來看，熱處理加工設(shè)備的狀態(tài)、熱處理的工藝、生產(chǎn)過程的控制顯得尤為重要。而設(shè)備的**性是****工藝實現(xiàn)的前提。真空高壓氣淬爐是實現(xiàn)真空熱處理較為理想的設(shè)備。真空爐具有不脫碳，不氧化的效果，具有溫度均勻，加熱和冷卻速度可控，可以實現(xiàn)不同的工藝過程，真空爐由于沒有污染，是國際上公認(rèn)的“綠色熱處理”。現(xiàn)在國際上已有2-20bar的真空高壓氣淬爐，可以完全滿足模具的真空熱處理的要求。

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