低温气体氮化（LTGN）真空炉是一种精密仪器，可在不损害奥氏体不锈钢耐腐蚀性的前提下对其表面进行硬化。
其工作原理是通过创造一个受控的热化学环境，通常在420°C下进行，将氮原子扩散到钢的表面。这个过程会形成一个称为“S相”（过饱和固溶体）的硬化层，同时严格将温度控制在材料保护性能会下降的阈值以下。
核心要点 LTGN炉解决了处理不锈钢的历史性悖论：如何在不使其生锈的情况下使其更硬。通过精确控制氨气流量和低于碳化物析出点的真空度，它将表面硬度与化学脆弱性分离开来。
改性机理
创建S相
该炉利用气态氨（NH3）源将氮引入钢材表面。
与覆盖在表面的涂层不同，氮原子会渗透到金属基体本身。
这导致形成膨胀的奥氏体相，通常称为S相。与未经处理的基础材料相比，该相可显著提高硬度。
精确的大气控制
LTGN系统的“真空”组件对于调节氮势至关重要。
通过调整真空度和气体流量，炉子可确保有精确数量的氮可供扩散。
这可以防止形成不希望出现的脆性层，并确保均匀的表面改性。
温度控制的关键性
保持在析出点以下
LTGN工艺的决定性特征是其工作温度，通常保持在420°C左右。
选择此特定温度是因为它低于碳化铬析出的临界点。
保持耐腐蚀性
在标准高温处理中，铬会与碳或氮结合形成碳化物。
这种反应会消耗周围基体中的铬，而铬是防止生锈的关键元素。
通过将工艺保持在低温下，LTGN炉可确保铬保持在固溶状态，从而保持不锈钢固有的耐腐蚀性。
理解权衡
渗层深度与工艺时间
由于该工艺依赖于在相对较低的温度（420°C）下进行扩散，因此氮在材料中的移动速度较慢。
与高温处理相比，获得深层渗层需要更长的循环时间。
表面载荷与芯部强度
LTGN工艺仅改性钢材的表面层。
虽然表面变得非常坚硬且耐磨，但材料的芯部仍保持其原始的柔软性和延展性。
这有利于韧性，但意味着材料无法承受可能导致硬壳下较软芯部变形的极端点载荷。
为您的目标做出正确选择
LTGN炉是一种专为特定工程要求而优化的专用工具。
- 如果您的主要关注点是在腐蚀性环境中的耐磨性：LTGN工艺是理想的选择，因为它能形成坚硬的S相表面，同时防止铬的消耗。
- 如果您的主要关注点是尺寸稳定性：与高温退火或硬化工艺相比，低工作温度（420°C）可最大限度地减少热变形。
最终，LTGN炉使您能够独立于不锈钢的整体特性来设计其表面性能。
汇总表：
| 特性 | LTGN真空工艺（420°C） | 标准高温氮化 |
|---|---|---|
| 表面层 | 硬化S相（膨胀奥氏体） | 脆性氮化物层 |
| 耐腐蚀性 | 完全保留（无铬析出） | 显著降低 |
| 硬化方法 | 固溶氮扩散 | 硬质碳化物形成 |
| 尺寸稳定性 | 高（低热变形） | 较低（高热应力） |
| 芯部性能 | 保持原有延展性 | 可能发生结构变化 |
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图解指南
参考文献
- Jordan Maximov, Yaroslav Argirov. Improvement in Fatigue Strength of Chromium–Nickel Austenitic Stainless Steels via Diamond Burnishing and Subsequent Low-Temperature Gas Nitriding. DOI: 10.3390/app14031020
本文还参考了以下技术资料 Kintek Furnace 知识库 .
