真空碳氮共渗新技术

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气体碳氮共渗是上世纪70年代以来被广泛使用的一项传统热处理技术。该技术由于氮的渗入使钢的临界点(A1、A3)下移，可以适当降低淬火温度，减少淬火变形。氮的渗入还可使淬透性增加，不仅对合金钢，对一般碳素钢也可以实施碳氮共渗及油淬处理，从而提高硬度和表面耐磨性。这个重大优点促使该技术被广泛应用。但是，由于该技术使用的渗剂中有含氧介质，所以碳氮共渗结果会导致渗层组织有晶界氧化层产生。

为了避免传统碳氮共渗技术的上述问题，近年来大力研发了真空(低压)碳氮共渗新技术。这种新技术是在100~3000Pa的真空状态下进行的，渗剂中没有含氧介质，金属表面的化学反应是单向的分解反应。真空碳氮共渗技术保留了气体碳氮共渗的基本特点，但渗剂气体中无含氧介质，可以在渗层组织中杜绝晶界氧化层；共渗压力低，使用的渗剂气体量少，废气排放量也大幅度减少，其优点是显而易见的。

真空碳氮共渗时，由于氮的渗入使工件的表面性能获得明显提高：（1）比渗碳温度低，工件淬火畸变量明显减少，精度提高。（2）工件淬透性增加，即使碳素钢也能在真空炉中油淬，淬硬性明显增加，从而可以使廉价碳素钢达到合金钢的性能。（3）抗回火软化温度提高。（4）耐磨性和抗疲劳强度性能提高。（5）耐腐蚀性增强。该技术由于气氛中无含氧介质，在渗层中杜绝了晶界氧化层，确保了渗层性能；同时由于使用介质的气量可控，既节约资源，又可使碳及废气的排放量大幅度减少，属于清洁型生产技术。由于以上特点，在目前绿色经济及低碳经济的环保大趋势下，该技术在制造业，特别是高速发展的汽车制造业中获得很大的推广。该技术在变速箱零件特别是在高表面负荷、高旋转疲劳寿命类零部件上的应用研究十分活跃；在合金钢制零部件、工模具上应用也相当广泛；特别值得关注的是：该技术在价格低廉的碳素钢制零部件及模具上的应用已成为近年国际流行的做法。

真空碳氮共渗技术适用于普通碳素钢、合金钢、粉末冶金件。其典型工艺如：处理温度为850℃，渗剂为乙炔之类的碳氢化合物气+氨气，压力为100~3000Pa。使用此工艺的16MnCr5钢共渗120分钟后，层深0.45mm，硬度745HV。研究工作表明，量大面广的碳素钢基础的零部件通过真空碳氮共渗后，由于氮的渗入，淬透性增加，可以实现真空加热后用油淬来提高硬度和耐磨性，从而延长寿命，节约资源。

目前真空碳氮共渗技术的研发难点在于精确控制渗层深度。航空制造业中所使用的优质材料，其碳氮共渗层深范围最小差值一般为0.15mm。渗层愈薄，允许偏差愈小，精度要求愈高；尤其在批量生产时，装炉量愈大，均匀性要求愈高，技术上的难度也愈大。实践中层深、硬度、畸变量三者间互相关联、相互影响，会使很多形状复杂的零件综合技术指标很难达标。这方面的技术障碍还有待突破。

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这方面的技术障碍还有待突破