淺析氣氛保護爐的真空滲氮技術

    氣氛保護爐的種類很多，可按爐體內的氣氛分類（F—放熱式，X—吸熱式，YL—有機液體裂解，D—氮基，A—氨制備，M—木炭，N—氨氣，zui后的Q表示氣氛）。

    氣氛保護爐的特點是在某一既定溫度下，向爐內同入一定成分的人工制備氣氛，以達到某種熱處理的目的，如氣體滲碳，碳氮共滲及光亮淬火，退火，正火等。氣氛保護爐主要有以下特點：

    為了控制爐內的氣氛，維持爐內的壓力，爐內工作空間始終要與外界空氣隔絕，盡量避免漏氣和吸入空氣，故要求爐殼，砌體，爐門及所有外界連接零件如風扇，熱電偶，輻射管，推拉料機等采用密封裝置；氣氛控制

    為了維持爐內的一定碳勢，除了控制氣氛成分的穩定性外，還要對爐內氣氛進行自動控制。因此，需要設有各種控制儀表（如右圖），以便對 爐內氣氛連續或定期測定并調整爐內的供氣量。

    氣氛保護爐真空滲氮技術說明

    箱式爐，氣氛爐的真空滲氮是使用真空爐對鋼鐵零件進行整體加熱、充入少量氣體，在低壓狀態下產生活性氮原子滲入并向鋼中擴散而實現硬化的；而離子滲氮是靠暉光放電產生的活性N離子轟擊并僅加熱鋼鐵零件表面，發生化學反應生成核化物實現硬化的，通過在箱式爐，氣氛爐滲入氮氣，實現硬化的密度，讓剛才質地更加堅硬。

    箱式爐，氣氛爐真空滲氛時，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℃，同時送入以氨氣為主的，含有活性物質的多種復合氣體，并對各種氣體的送入量進行控制，箱式爐，氣氛爐爐壓控制在0.667Pa（5Torr），保溫3～5h后，用爐內惰性氣體進行快速冷卻。不同的材質，經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，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，含活性物質的純凈復合氣體被送入，使表面層相結構的調整和控制、質量的改善、效率的提高成為可能。經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化合物層可達到的硬度和材質成分有關。材質中含Cr量越高，硬度也呈增加趨勢。Cr13％時，硬度可達到1200HV；含Cr18％（質量分數，余同）時，硬度可達1500HV；含Cr25％時，硬度可達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，抗摩擦燒傷、抗熱膠合、抗熔敷、抗熔損性能都很。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，焊接修補時易生成針孔。真空滲氮還有一個優點，就是通過對送入爐內的含活化物質的復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），而只有擴散層的組織。其原因可能是在真空爐排氣至0.l33Pa（1×10-3Torr）后形成的，另一個原因是帶有活性物質的復合氣體在短時間內向鋼中擴散形成的組織。這種組織的優點是耐熱沖擊性、抗龜裂性能。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。由于模具或機械零件的服役條件和對性能的要求不一，在進行表面熱處理時，必需調整表面層的組織和性能。真空滲氮除應用于工模具外，對提高精密齒輪和要求耐磨耐蝕的機械零件以及彈簧等的性能都有明顯效果，可接受處理的材質也比較廣泛。