低温离子表面硬化处理技术可以在不降低奥氏体不锈钢耐蚀性能的前提下对其进行表面硬化处理,提高不锈钢表面的硬度和耐磨性能。本文研究了奥氏体不锈钢低温离子渗碳技术,并对其工艺、机理作了系统的研究。运用先进的实验仪器和分析方法,如场发射扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电谱仪、电化学腐蚀仪、金相显微镜(OM)、显微硬度计等,对奥氏体不锈钢表面硬化层的相结构、显微组织、渗层硬度、渗层厚度、渗层成分以及等方面进行了测试与分析讨论。首先通过正交试验检验了奥氏体不锈钢低温离子渗碳温度、渗碳时间、丙烷气体流量等因素对渗碳层的影响,优化了奥氏体不锈钢低温离子渗碳工艺参数,并对预测的优化工艺参数进行了验证。利用Fick第二扩散定律对采用优化工艺处理的奥氏体不锈钢表面碳的扩散规律进行了数值模拟计算,并与实测的渗碳不锈钢表面碳浓度分布进行了对比,验证了该优化工艺的可行性。在工艺优化的基础上,将奥氏体不锈钢低温离子硬化处理技术应用于奥氏体不锈钢无螺纹卡套的表面硬化处理,使卡套表面形成一层均匀的、无碳化铬析出的硬化层,在不降低其耐蚀性能和保证卡套塑韧性的前提下,大幅度提高了卡套表面的硬度,并采用爆破试验台、脉冲振动试验台等设备对卡套式管接头的整体性能进行检测,经检测不锈钢卡套管接头的综合性能完全符合国家标准(GB/T 3765-2008),打破了国际技术垄断,填补了国内空白,现已批量工业化生产。本文还根据活性屏离子渗氮技术的原理,对奥氏体不锈钢进行了活性屏低温离子渗碳处理的研究。研究结果表明,在≤550℃下可以利用活性屏技术对奥氏体不锈钢进行低温渗碳处理,无论是渗碳层的硬度、硬度梯度、厚度和耐蚀性均与直流离子渗碳效果相同,解决了低温直流离子渗碳过程中存在的一系列难以克服的技术难题。