真空化学热处理技术及应用实例

真空化学热处理在负压的气相介质中进行。由于在真空状态下工件表面净化，以及采用较高的温度，既有利于表面吸附，又有利于加速扩散过程，因而大大提高了渗入元素的渗速。如真空渗碳可提高生产效率1～2倍；在133.3×（10^-2～10^-1）Pa真空度下渗铝、渗铬，渗速可提高10倍以上。目前，真空化学热处理是热处理节能降耗的重要工艺之一。

（1）真空化学热处理优点 ①无氧化，无脱碳，工件表面质量好，可省去后续的清洗工序，节约成本超过50%；②工件畸变小，可减少后续加工；③节省能源，与可控气氛相比，不需可燃气体的气源，由于真空炉热效率较高，可实现快速升温和快速降温；④生产成本低，耗电少，能耗为常规气体渗碳的50%；⑤工艺稳定，产品质量高，可有效避免非马氏体组织等缺陷。

（2）真空渗碳工艺 低压真空渗碳工艺有一段式、脉冲式和摆动式。采用计算机模拟辅助控制的真空渗碳工艺，用较短的处理时间和较少的渗碳气体消耗，保证取得良好的渗碳质量效果。低压真空渗碳后进行惰性气体的高压气淬，节省了淬火油，且工件畸变小，可节省后续机加工费用，降低生产成本。

真空渗碳温度为900～1100℃。渗碳介质主要有甲烷、丙烷、乙炔、氮气+丙烷等。炉内压力与渗碳气流量：采用一段式气体渗碳工艺，以甲烷作渗碳气体时，炉内压力为26.6～46.6kPa；以丙烷作渗碳气体时，炉内压力为13.3～23.3kPa。采用脉冲式气体渗碳工艺时，渗碳气的压力为19.95kPa。

常规渗碳热处理周期较长，尤其对渗碳层深的工件。低压真空渗碳易于实现1000～1050℃的高温渗碳，从而提高渗碳速度，因此可以大大缩短工艺周期，一般缩短工艺时间近50%，同时渗碳气体消耗量也大大降低。

（3）真空（脉冲）渗氮 先将炉罐抽真空，真空度达到1.33Pa，再加热到渗氮温度，通NH₃至50～70kPa，保持2～10min，继续抽到5～10kPa，反复进行，直到渗氮层深达到要求。渗氮介质有NH₃、NH₃+N₂等，渗氮温度510～570℃。(www.xing528.com)

38CrMoAl钢真空渗氮（530℃或555℃）10h，约与普通气体渗氮（540℃）33h具有相近的渗层深度，即真空渗氮具有更快的渗氮速度，从而节约能源。

目前，真空渗氮多用于工模具热处理等，不仅大幅度提高了工模具寿命，而且显著缩短了渗氮周期，节省了能源和渗氮气体消耗。

（4）低压真空渗碳工艺应用实例 见表2-20。

表2-20 低压真空渗碳工艺应用实例