CN103276343B - 多用炉可控气氛渗碳方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多用炉可控气氛渗碳方法，包括步骤：安装设备并调试渗碳炉；通过醋酸乙酯加空气的直渗方式调节气氛；对目标渗碳材料进行渗碳；对目标渗碳材料热处理。由于采用了本发明的一种多用炉可控气氛渗碳方法，使得仿FF710材料的钻具能够取得很好的渗碳效果,解决了FF710材料在多用炉中长期渗碳困难的技术难题，具有自动化程度高、能够获得良好的金相组织和硬度，使钻具获得更高的抗冲击韧性和抗疲劳性能，从而大大提高钻具的使用寿命、经济节约的优点。

Description

多用炉可控气氛渗碳方法
技术领域
本发明涉及一种渗碳方法，尤指一种多用炉可控气氛渗碳方法。
背景技术
渗碳（碳氮共渗）淬火作为对金属材料化学热处理的主要手段，是对工件进行改性处理，达到提高耐磨性、抗疲劳性，提高强韧性综合机械性能的目的。由于钻具使用工况复杂，工件性能要求高，良好的选材和合理的热处理工艺是提高钻具使用寿命的保障。常用渗碳钢大部分是低碳钢、低碳合金钢，碳硅含量比较低，渗碳很容易实现；但仿FF710材料具有高硅含量及多种合金元素，在常用渗碳气氛如氮甲醇+丙烷气氛，丙烷+空气直升式气氛中，以及RX裂解气氛中渗碳效果很差。
对仿FF710材料式样在多种可控气氛中做工艺试验，925℃渗碳，1.2%C碳势强渗5小时，1.0%C碳势扩散2小时，0.85%C碳势降温至845℃，保温2小时后淬火，设备是多用炉，下面是不同气氛渗碳后的渗层深度：
对仿FF710材料式样的常规气氛中渗层深度都比同炉齿轮钢浅。可见FF710钢渗碳直接淬火普遍组织粗大，外表面硬度低于次表面。且高淬透性渗碳钢含有较多的合金元素，表面含碳、硅含量高，导致马氏体转变温度大幅下降，渗碳直接淬火，渗碳层中保留了大量残余奥氏体，使表面硬度下降。因此如何对仿FF710材料的钻具在多用炉渗碳是一困难的技术难题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，而提供一种多用炉可控气氛渗碳方法，使得仿FF710材料的钻具能够取得很好的渗碳效果,解决了FF710材料在多用炉中长期渗碳困难的技术难题，具有自动化程度高、能够获得良好的金相组织和硬度，使钻具获得更高的抗冲击韧性和抗疲劳性能，从而大大提高钻具的使用寿命、经济节约的优点。
实现上述目的的技术方案是：
本发明的一种多用炉可控气氛渗碳方法，包括步骤：
安装设备并调试渗碳炉；
通过醋酸乙酯加空气的直渗方式调节气氛；
对目标渗碳材料进行渗碳；
对目标渗碳材料热处理。
本发明的进一步改进在于，所述通过醋酸乙酯加空气直渗的方式调节气氛步骤进一步包括：
将一定量的醋酸乙酯通过流量计控制通入炉内；
比较炉内的实测碳势值与工艺预设碳势值；
当所述实测碳势值高于所述预设碳势值时，通过一个空气调节阀自动通入空气；当所述实测碳势值低于所述预设碳势值时，所述空气调节阀自动停止空气的通入。
本发明的进一步改进在于，所述空气调节阀自动调节空气流量保持炉内碳势的平衡。
本发明的进一步改进在于，所述对目标渗碳材料进行渗碳步骤进一步包括：
对目标渗碳材料强渗180分钟，其中碳势保持为1.23%C，醋酸乙酯流量为0.35L/h；
对目标渗碳材料扩散120分钟，其中碳势保持为1.0%C，醋酸乙酯流量为0.25L/h。
本发明的进一步改进在于，所述对目标渗碳材料进行热处理步骤进一步包括：
降温至840℃，保温30分钟并淬火；
降温至650℃时回火；
升温至790℃淬火后低温回火。
本发明的进一步改进在于，所述渗碳炉采用密封箱式多用炉。
本发明的进一步改进在于，所述渗碳炉的炉膛内采用碳化硅马弗板作为渗碳气氛导流装置。
本发明的进一步改进在于，通过采用一强力循环风机确保炉膛有效加热工作区内的炉温均匀性和气氛均匀性。
本发明由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果是：
通过醋酸乙酯加空气直渗的方式调节气氛在多用炉的成功运用，解决了仿FF710类钻具材料在多用炉内渗碳困难的课题。钻头、活塞通过自动化程度高、控制精良的多用炉热处理，获得良好的金相组织和硬度，使钻具获得更高的抗冲击韧性和抗疲劳性能，从而大大提高钻具的使用寿命。醋酸乙酯比以前常用的渗碳介质丙烷或丙酮价格低30%左右，具有更经济节约的优势。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明的一种多用炉可控气氛渗碳方法，包括步骤：
一、首先安装设备并调试渗碳炉；
其中渗碳采用密封箱式多用炉，渗碳的炉膛内采用碳化硅马弗板作为渗碳气氛导流装置；采用一强力循环风机确保炉膛有效加热工作区内的炉温均匀性和气氛均匀性；通过一计算机碳控***对整个渗碳过程中的热处理工艺的计算与控制，并连续地、实时地计算炉内的碳扩散层和表面碳浓度。
二、接着通过醋酸乙酯加空气的直渗方式调节气氛，
将一定量的醋酸乙酯通过流量计控制通入炉内；
比较炉内的实测碳势值与工艺预设碳势值；
当实测碳势值高于预设碳势值时，通过一个空气调节阀自动通入空气；当实测碳势值低于预设碳势值时，空气调节阀自动停止空气的通入。
在这个过程中，空气调节阀自动调节空气流量保持炉内碳势的平衡。
本实施例可采用以下步骤：
用醋酸乙酯造气碳势保持在1.2%C并测试碳势调控情况，从1.2%C降至0.4%C，再由0.4%C升至1.2%C；观察空气阀关闭、醋酸乙酯流量调控情况。检查排除管道接头泄漏，初始流量0.75L/h，碳势升到1.2c%，保持碳势1.0c%约八小时，醋酸乙酯流量0.22L/h。
三、然后，对目标渗碳材料进行渗碳，具体包括步骤：
对目标渗碳材料强渗180分钟，其中碳势保持为1.23%C，醋酸乙酯流量为0.35L/h；
对目标渗碳材料扩散120分钟，其中碳势保持为1.0c%C，醋酸乙酯流量为0.25L/h。
四、最后，对目标渗碳材料热处理，进一步包括步骤：
降温至840℃，保温30分钟并淬火；
降温至650℃时回火；
升温至790℃淬火后低温回火。
技术要求为渗层深度1.2～1.5mm，表面硬度：57～61HRC，马氏体、碳化物、残留奥氏体为1～4级。
通过醋酸乙酯加空气的直渗方式调节气氛在多用炉的成功运用，解决了钻具材料在多用炉渗碳困难的课题。钻头、活塞通过自动化程度高，控制精良的多用炉热处理，获得良好的金相组织和硬度，使钻具获得更高的抗冲击韧性和抗疲劳性能，从而大大提高钻具的使用寿命。醋酸乙酯比以前常用的渗碳介质丙烷、丙酮价格低30%左右，具有更经济节约的优势。
现对FF710（1号材料）、23CrNi3Mo（2号材料）、20Cr2Ni4（3号材料）采用本发明工艺进行多用炉醋酸乙酯实验，结果如下表所示：
通过上表可见通过采用本发明的工艺，仿FF710钻具材料在多用炉中取得了理想的渗碳效果。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种多用炉可控气氛渗碳方法，其特征在于，包括步骤：
安装设备并调试渗碳炉；
通过醋酸乙酯加空气的直渗方式调节气氛；
对目标渗碳材料进行渗碳；
对目标渗碳材料热处理；
其中，通过醋酸乙酯加空气直渗的方式调节气氛步骤进一步包括：
将一定量的醋酸乙酯通过流量计控制通入炉内；
比较炉内的实测碳势值与工艺预设碳势值；
当所述实测碳势值高于所述预设碳势值时，通过一个空气调节阀自动通入空气；当所述实测碳势值低于所述预设碳势值时，所述空气调节阀自动停止空气的通入。
2.根据权利要求1所述的多用炉可控气氛渗碳方法，其特征在于，所述空气调节阀自动调节空气流量保持炉内碳势的平衡。
3.根据权利要求1所述的多用炉可控气氛渗碳方法，其特征在于，所述对目标渗碳材料进行渗碳步骤进一步包括：
对目标渗碳材料强渗180分钟，其中碳势保持为1.23％C，醋酸乙酯流量为0.35L/h；
对目标渗碳材料扩散120分钟，其中碳势保持为1.0％C，醋酸乙酯流量为0.25L/h。
4.根据权利要求1所述的多用炉可控气氛渗碳方法，其特征在于，所述对目标渗碳材料进行热处理步骤进一步包括：
降温至840℃，保温30分钟并淬火；
降温至650℃时回火；
升温至790℃淬火后低温回火。
5.根据权利要求1所述的多用炉可控气氛渗碳方法，其特征在于，所述渗碳炉采用密封箱式多用炉。
6.根据权利要求1所述的多用炉可控气氛渗碳方法，其特征在于，所述渗碳炉的炉膛内采用碳化硅马弗板作为渗碳气氛导流装置。
7.根据权利要求1所述的多用炉可控气氛渗碳方法，其特征在于，通过采用一强力循环风机确保炉膛有效加热工作区内的炉温均匀性和气氛均匀性。
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