真空渗碳技术工艺控制原理

真空渗碳技术工艺控制原理
与传统井式炉气体渗碳工艺不同，真空渗碳时“碳势”的概念失效，不存在气体渗碳时的气氛反应平衡，也就不能使用氧探头等设备测量真空渗碳时的“碳势”。

由于真空渗碳热处理设备的精密性、可控性好和工艺重现性好等优点，真空渗碳工艺主要采用强渗—扩散型工艺控制方法，即采用多个强渗—扩散周期，在每一个周期内通过短时间的强渗(通常强渗时间为30s ~ 180s)，工件表层碳浓度达到该渗碳温度下的奥氏体饱和碳浓度，随后停止渗碳气氛供应，进入扩散阶段，当表面碳浓度达到设定的最低碳浓度时，扩散阶段结束，再次通入渗碳气氛，如此进行多个循环，直至达到工艺要求的最终表面碳浓度和渗层深度，最后执行相应的淬火工艺。

图1即为真空渗碳过程工件表面碳浓度分布图。

图1真空渗碳过程工件表面碳浓度随时间分布
真空渗碳热处理工艺过程主要分为以下几步：
(1)工件清洗、入炉，在真空条件(小于10Pa，基本达到无氧条件)下进行加热，根据工件材质可进行分段加热，可选择通入N2保持一定分压加快真空加热室内热传递速率；
(2)达到设定的奥氏体化温度并保温，关闭和抽去N2，充入C2H2，保持一定分压开始进行强渗，进入第一个渗碳周期，强渗一定时间为使工件表面碳浓度达到该温度下奥氏体饱和碳浓度；
(3)关闭和抽去C2H2，充入N2，进入扩散阶段，保持一定分压，使工件表面较高碳浓度向工件心部低碳浓度区扩散一定时间，使工件表面碳浓度下降，渗碳层厚度增加；
(4)当工件表面碳浓度下降至预先设定的碳浓度，关闭和抽去N2，再充入C2H2，保持分压，进入第二个渗碳周期，然后重复步骤(2)和(3)，并在最后一个渗碳周期时给一个较长时间的扩散，以满足工件最终表面碳浓度的要求。

在这样多个渗碳周期内完成碳的扩散并调整工件表面碳浓度，达到工艺要求的渗碳层深度；
(5)真空渗碳过程结束后，工件降温至淬火温度并保温一定时间，然后将工件转移至冷室(淬火室)，根据热处理工艺要求进行真空油淬。

淬火结束后对工件进行清洗，然后执行回火工艺。