CN1624189A

CN1624189A - 一种全过程变压控制的渗碳方法

Info

Publication number: CN1624189A
Application number: CNA2004100603240A
Authority: CN
Inventors: 汤峰
Original assignee: Zhongyuan University of Technology
Current assignee: Zhongyuan University of Technology
Priority date: 2004-12-13
Filing date: 2004-12-13
Publication date: 2005-06-08

Abstract

本发明属于一种在快速热处理渗碳工艺条件下保证零件渗碳质量的方法，在井式渗碳炉或其他密封性能好的渗碳加热炉上，采用大滴量煤油滴注方法，提高炉内正压力，从而在高温下产生活性较强的高碳势气氛和较高的炉压，在一定的炉压下，由渗碳零件表面向内部迅速扩散，形成良好的渗层碳浓度分布和硬度分布，并着重通过在渗碳不同阶段调整炉压大小，从而保证零件的渗层深度、硬度、金相组织等技术要求，在930℃，渗碳4－5h，就能达到0.7～1.2mm的渗层深度，能缩短渗碳工艺周期30～50％，适用渗碳齿轮、轴类等重要零件，具有操作简单、安全，节能降耗的优点，具有显著的经济社会效益。

Description

一种全过程变压控制的渗碳方法

一.技术领域：

本发明属于一种热处理渗碳新技术，具体涉及一种能保证高渗碳质量下的快速渗碳的全过程变压控制的渗碳方法。

二.背景技术：

渗碳是一种在工业中获得广泛应用的表面硬化技术。渗碳分为气体渗碳、液体渗碳和固体渗碳，其中由于气体渗碳具有碳势可控、生产率高、劳动条件较好以及可以直接淬火等优点，而在渗碳工业中得到最广泛应用。由专用渗碳钢制成的渗碳工件，在进行渗碳后，应达到的技术要求主要有：(1)表面硬度不应低于HRC60。(2)表面层与中心处的断口，均应呈细晶粒。(3)渗碳层显微组织应由细针状或隐针状马氏体组成。碳化物呈球状，渗碳层中的残余奥氏体量应极少，不允许碳化物沿晶粒界呈网状分布。(4)变形扭曲要求最小，避免氧化、脱碳。(5)用合金钢制造的重要零件的中心处，显微组织不允许有淬火时未溶解的铁索体块存在。影响渗碳质量的主要因素有：渗碳温度、渗碳时间、渗碳气成分、气氛碳势和渗碳压力等因素，这些因素的综合作用，影响和控制着渗碳工件的质量。渗碳淬火工艺是热处理生产中的一个重要工艺，传统渗碳工艺成本高、能耗大、生产周期长。因此有必要研究新的渗碳工艺替代原有的传统渗碳工艺，从而达到节能降耗的目的。压力渗碳一般都是全程压力恒定的，这对一些简单或技术要求不高，只要求渗碳层深度的零件是可行的，但对一些重要零件如：齿轮、齿轮轴等，不仅要求渗层深度深度，还要求显微金相组织形态以及硬度梯度分布等，因此，仅靠单一压力维持在渗碳的全过程，是无法保证零件或产品质量的，必须全过程地进行压力控制。因此，对渗碳整个过程中的进行改变压力控制可以拓宽压力渗碳技术的应用范围和领域。长期以来，国内外很多学者及热处理工作者围绕如何提高渗碳速度，缩短渗碳时间，提高产品质量，降低生产成本展开了一系列研究。目前，研究的重点均集中在提高渗碳温度和使用催渗剂的方面，但这些方法都有不同程度地缺陷。如：提高渗碳温度有可能促使晶粒长大，直接影响零件的综合机械性能。而采用催渗技术成本较高且重复性较差，产品质量波动较大。研究发现，渗碳速度与炉压有较大的关系。采用大剂量煤油滴注的方法，可以提高炉压和碳势、增加碳原子活动能力，从而提高渗碳速度。

三.发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足而提供一种在不增加设备，保证零件质量的前提下，通过提高气体渗碳炉压和全过程变换不同的压力进行控制，达到缩短渗碳工艺周期的目的的全过程变压控制的渗碳方法。

本发明的技术方案为：渗碳全过程包括换气阶段、强渗期阶段、扩散阶段和降温及淬火保持阶段，在大滴量煤油滴注下产生的正炉压，在渗碳的各个过程采用不同的压力控制，渗碳后直接淬火。通过调节井式气体渗碳炉上的滴注阀门和排气孔阀门，对渗碳过程各个阶段的压力进行优化，以达到零件所需要的各项技术要求。所控制的炉内正压，强渗期为2～6kPa范围，扩散期为0.8～2kPa范围，降温和淬火保持期压力控制≤0.2kPa。调节排气阀门和滴注阀门控制不同渗碳阶段的炉压大小。渗碳层碳含量为0.4～1.2％。渗碳层深度为0.4～2.5mm。

本发明具有如下有益效果：

1.全过程变压控制的渗碳技术可在保证零件渗层深度的同时，通过控制渗碳不同阶段的压力，可满足金相组织等其他要求，马氏体级别和残余奥氏体级别可控制≤3级。

2.全过程变压控制的渗碳技术在保证零件技术要求的前提下，可使生产工艺周期缩短30％～40％，从而提高生产效率，增加了产量，具有节能效果，渗碳成本降低约1/3，带来了可观的经济效益。

3.全过程变压控制的渗碳技术操作简单，易于推广，具有较高的经济效益和社会效益。

压力对渗碳过程的各个阶段影响不同，在强渗期阶段，主要影响介质的活性和零件的表面吸附。由于煤油的主要分解产物是H₂和CH₁.其特点是可产生较高的活性碳，但在常规工艺压力下界面反应速度和碳介质传递速度较低，容易产生碳黑。但在压力渗碳时，由于压力的作用，使得碰撞到钢件表面的分子数量增多，增加了钢表面的吸附速度。同时，由于还原反应，使得表面出现还原的新生态Fe，这些新生态Fe具有很强的表面吸附能力，从而提高了活性碳原子的吸附量，这对提高碳介质传递速度和表面碳浓度十分有利。由于表面供碳能力的增强和高的碳浓度梯度的形成，因此，对其后的内扩散，创造了条件。故提高炉内压力能有效提高渗碳速度，压力控制在2～6kPa。在扩散期阶段，渗速的快慢主要取决于表层和次表层的碳浓度梯度。因此，只要维持适量的压力，就可达到快速渗碳的目的，压力控制在0.8～2kPa，。在降温和淬火保持期，渗碳层深度已基本达到技术要求，该阶段的重点是控制金相组织和淬火变形，为避免较大的马氏体针和较多的残余奥氏体以及网状碳化物的出现，应尽量减少炉内正压，以确保合格的金相组织，压力控制≤0.2kPa。

四.附图说明：

图1为20CrMnTi钢齿轮变压渗碳工艺曲线图。

五.具体实施方式：

如图1所示，本发明的渗碳全过程包括换气阶段，强渗期阶段，扩散阶段和降温及淬火保持阶段。图中是各个阶段的工艺参数和压力值控制范围。

本发明的全过程变压控制的渗碳技术操作步骤：如附图变压渗碳工艺曲线所示：

1.换气期，零件装炉后升温到880℃，开始增大煤油滴量，同时打开试样孔和排气孔阀门，以加快换气过程。

2.强渗期，当气氛碳势(CP值)达到1.1以上时，关闭所有排气阀门，将煤油滴量调整到260-340d/min，压力一般控制在2～6kPa。

3.扩散期，经试棒检查进入扩散期后，初期将煤油滴量减少到60～80d/min，压力一般控制在0.8～2kPa。在试棒渗层深度达到技术要求下限的70～80％时，将煤油滴量减少到5～15d/min，同时进入降温期。

4.在降温和淬火保持期，打开排气孔阀门和试样孔阀门，迅速释放炉内压力，同时关闭煤油滴注阀门，压力一般控制≤0.2kPa，保持期结束后直接淬火。

Claims

1、一种全过程变压控制的渗碳方法，其特征在于：渗碳全过程包括换气阶段、强渗期阶段、扩散阶段和降温及淬火保持阶段，在大滴量煤油滴注下产生的正炉压，在渗碳的各个过程采用不同的压力控制，渗碳后直接淬火。

2、根据权利要求1所述的一种全过程变压控制的渗碳方法，其特征在于：所控制的炉内正压，强渗期为2～6kPa范围，扩散期为0.8～2kPa范围，降温和淬火保持期压力控制≤0.2kPa。

3、根据权利1或2所述的一种全过程变压控制的渗碳方法，其特征在于：调节排气阀门和滴注阀门控制不同渗碳阶段的炉压大小。

4、根据权利要求1所述的一种全过程变压控制的渗碳方法，其特征在于：渗碳层碳含量为0.4～1.2％。

5、根据权利要求1所述的一种全过程变压控制的渗碳方法，其特征在于：渗碳层深度为0.4～2.5mm。

6、根据权利要求1所述的一种全过程变压控制的渗碳方法，其特征在于：全过程变压控制的渗碳方法具体操作步骤为：

(1).换气期：零件装炉后升温到880℃，开始增大煤油滴量，同时打开试样孔和排气孔阀门，以加快换气过程，

(2).强渗期：当气氛碳势CP值达到1.1以上时，关闭所有排气阀门，将煤油滴量调整到260-340d/min，压力一般控制在2～6kPa，

(3).扩散期：经试棒检查进入扩散期后，初期将煤油滴量减少到60～80d/min，压力一般控制在0.8～2kPa。在试棒渗层深度达到技术要求下限的70～80％时，将煤油滴量减少到5～15d/min，同时进入降温期，

(4).在降温和淬火保持期：打开排气孔阀门和试样孔阀门，迅速释放炉内压力，同时关闭煤油滴注阀门，压力一般控制≤0.2kPa，保持期结束后直接淬火。