模具鋼真空高壓氣冷等溫淬火

　　形狀復雜的較大工件從高溫連續進行快速冷卻時容易產生變形甚至裂紋。以往可用鹽浴等溫淬火解決。在單室真空高壓氣冷淬火爐中能否進行氣冷等溫淬火呢？圖1為在帶有對流加熱功能的單室高壓氣冷淬火爐中對兩組φ320mm×120mm兩塊疊裝的碳素結構鋼用不同冷卻方式淬火后的對化結果。圖中一組曲線是在102O℃加熱后，在6×105Pa壓力下連續用高純氮氣冷卻（風向是上、下相互交替，40s切換一次）的結果。另一組是對試樣表面、心部進行 370℃時的控制冷卻。從兩組曲線的對比可以看出，心部溫度通過50O℃的時間（半冷時間）只差約2min。從表面進行控制冷卻開始到心部溫度到達 370℃附近，需27min。由此可見，在單室真空高壓氣淬火爐進行等溫氣冷淬火是可行的。

模具鋼真空滲氮技術

　　模具鋼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。

　　模具鋼真空滲氛時，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復合氣體，并對各種氣體的送入量進行精確控制，爐壓控制在0.667Pa（5Torr），低壓狀態能加快工件表面的氣體交換,活躍的N元素(或N,C)來自化學反應及NH3(或在處理溫度500-570℃NH3和CXHY的裂解),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。

　　模具鋼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、抗熔損性能都很優異。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0.1-1mm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、抗龜裂性能優異。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。

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