真空滲氮是使用真空爐對(duì)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(shí)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(shí)現(xiàn)硬化的。
真空滲氛時(shí),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(shí)送入氨氣或NH3+CXHY+N2O復(fù)合氣體,并對(duì)各種氣體的送入量進(jìn)行精確控制,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(lái)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(chēng)為真空排氣式氮碳共滲,其特點(diǎn)是通過(guò)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(gè)熱處理過(guò)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(shí),真空滲氮處理后,滲層中的化合物層是ε單相組織,沒(méi)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(shì)。Cr13%時(shí),硬度可達(dá)到1200HV;含Cr18%(質(zhì)量分?jǐn)?shù),余同)時(shí),硬度可達(dá) 1500HV;含Cr25%時(shí),硬度可達(dá)1700HV。無(wú)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、抗熔損性能都很優(yōu)異。但該“白層”的存在對(duì)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(shí)易生成針孔。真空滲氮還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn),就是通過(guò)對(duì)送入爐內(nèi)的含活化物質(zhì)的復(fù)合氣體的種類(lèi)和量的控制,可以得到幾乎沒(méi)有化合物層(白層),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,另一個(gè)原因是帶有活性物質(zhì)的復(fù)合氣體在短時(shí)間內(nèi)向鋼中擴(kuò)散形成的組織。這種組織的優(yōu)點(diǎn)是耐熱沖擊性、抗龜裂性能優(yōu)異。因而對(duì)實(shí)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(shí),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(duì)性能的要求不一,在進(jìn)行表面熱處理時(shí),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(duì)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。