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离子化学热处理

化合物层厚度和相组成的控制,主要通过调整工作气体成分和温度来实现。例如。碳素钢和合金钢在不同 C3H8含量的NH3+C3H8混合气中进行570℃×10h的离子N-C共渗后,化合物层相组成和层厚与C3H8含量的关系如图1所示。

由图可知:①化合物展中ε相体积分数Vε均随C3H8增加而增加,当C3H8增加到某一临界量时,出现Fe3C,此时Vε达到最大使;若C3H8继续增加,Vε则逐渐下降。②化合物层中γ´相体积分数Vγ´随C3H8增加而减少,渗碳体Fe3C体积分数VC总是随C3H8增加而增加(当Fe3C形成之后)。③化合物层厚度δ化的变化与Vε一致,扩散层深度δ扩基本不变,但随材料含碳量和合金元素含量增加而减小;化合物层中出现Fe3C后,渗层厚度则随C3H8增加而减小。

3.离子渗碳
我国对离子渗碳工艺进行了大量的试验研究,但尚未实现生产应用。80年代末,德、法已将离子渗碳开始用于生产,目前,已成功地用于汽车工业,取得了良好效果。

主要工艺参数:温度850~980℃,总时间(渗碳+扩散)2~8h,冷却方式为直接油淬或高压气淬。渗碳介质用碳氢化合物(如CH4、C3H8等)、N2、H2或Ar。

离子渗碳的技术关键是渗层质量控制及设备设计。离子渗碳时,可通过调节碳通量和渗碳时间来控制工件表面的预定碳含量,而碳通量(j)是气体成分、气压、气体流量、离子电流密度(i)和渗碳温度的函数。在实际操作中,气体种类、气压和温度易保持恒定,气体流量也总用最小值,这样,碳通量就仅仅取决于电流密度,即j=f(i)。离子渗碳时,电流密度既可精确测定,又能非常可靠地控制。目前,德国已研制、生产了离子渗碳、渗氮专用的离子电流密度传感器,使离子渗碳的控制简单、精确和重视性好。在工业生产中,离子渗碳时可利用碳的扩散和传输的数学模型,采用电流密度传感器,由微机进行全过程的工艺控制,从而获得预定的表面碳含量、碳分布和渗层深度。表1为不同渗碳工艺的碳通量。

4.离子热处理设备
离子热处理设备由离子发生器(电源)、真空炉体、测温测压装置、供气排气系统及其他配套部件组成,关键部分为电源和真空炉体。

(1)电源 生产中应用的电源主要有两种:直流电源和脉冲电源。

直流电源提供的电压、电流是近似平直或带有波动的直流电。主要技术指标:电压0~1000V连续可调。频率50Hz,灭弧装置为限流电阻或电子开关。直流电源结构简单,价格便宜,维修方便,使用寿命长,功率大。但灭弧可靠性不理想,处理温度与电压、电流、气压不能分开,工艺参数不能独立调节,尤其当功率密度较小时(<0.2W/cm2),不能保证渗层均匀,故直流电源的使用受到一定限制,为了克服上述缺点,开发了脉冲电源。


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