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真空滲碳與離子滲碳-鼎言高頻熱處理
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作者:鼎言熱處理
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發(fā)布時間: 2019-11-22
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真空滲碳與離子滲碳
真空化學熱處理的基本原理與普通化學熱處理相同,大致分為三個基本過程。首先是活性介質(zhì)在真空條件下加熱,分解成活性原子,如CH4→·[C]+2H2;其次是活性原子被鋼表面吸附并吸收;最后是活性原子沿著濃度梯度下降的方向,在鋼內(nèi)部擴散。
由于是在真空狀態(tài)下加熱,故不必擔心工件表面和介質(zhì)的氧化問題,可提高加熱溫度,從而提高滲入原子的擴散速度及介質(zhì)的活性,真空加熱狀態(tài)下零件的表面經(jīng)脫氣凈化、活化,提高了工件表面對參與化學反應(yīng)氣體及反應(yīng)產(chǎn)生的活性原子的吸附、吸收率,故真空化學熱處理與其他熱處理設(shè)備相比具有滲入速度快、生產(chǎn)效率高、滲層質(zhì)量好等特點。故節(jié)省電力、活性介質(zhì)消耗少,成本低經(jīng)濟性好。同時還具有表面清潔、工件畸變小、環(huán)境污染少,勞動條件好,易于實現(xiàn)自動化等優(yōu)點,故獲得了較為廣泛的應(yīng)用。圖2-12為VC型雙室真空滲碳爐的結(jié)構(gòu)。
目前真空化學熱處理比較成熟的工藝有真空滲碳、真空滲氮、真空碳氮共滲等,下面分別進行介紹。
(1)真空滲碳
①真空滲碳原理
a.滲碳氣的分解真空滲碳以高純度的天然氣(主要是CH4)或丙烷作為滲碳氣源直接通入爐內(nèi)進行滲碳,在滲碳溫度下,甲烷的分解反應(yīng)式如下:
甲烷的分解需要消耗大量的熱量,提高溫度可使反應(yīng)自左向右進行,即甲烷分解的更完全。甲烷的分解速度一般很小,在熱處理過程中鐵與鋼的表面對于甲烷的分解起到了良好的催化作用,滲碳反應(yīng)過程可寫成下式：
一般在1000℃以上的溫度進行滲碳時,宜采用甲烷氣,在1000℃以下由于甲烷分解的不完全,容易產(chǎn)生炭黑。以丙烷作為滲碳氣源時,在1000℃左右高溫下發(fā)生的熱分解反應(yīng)為
b.吸收階段關(guān)于滲碳過程中鋼零件表面對于碳原子的吸收過程和激勵機理有幾種觀點,一種是滲碳時鋼零件表面與滲碳氣氛之間產(chǎn)生了化學反應(yīng),在表面層形成了一薄層滲碳體,其反應(yīng)如下:
另一種觀點是滲碳氣分解產(chǎn)生的活性碳原子吸附在鋼的表面,并溶于奧氏體中,真空滲碳的出現(xiàn)及其滲碳速率較氣體滲碳高的事實以及其他工藝現(xiàn)象形成了一種新的看法,認為化學熱處理(包括滲碳)是由下面三個過程組成的。
表面凈化過程。這個過程使得妨礙零件進行化學熱處理的表面層得以去除。
吸附反應(yīng)過程。是介質(zhì)中某些化合物被零件表面吸附,在表面形成了不同的表面結(jié)構(gòu)使它的內(nèi)部原子間結(jié)合力發(fā)生某些變化,以致使吸附在零件表面上的某些化合物與介質(zhì)中的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),生成原子態(tài)的元素,這些新生的原子態(tài)元素將被零件表面吸收。
內(nèi)零件表面吸收了的原子向內(nèi)部擴散并逐漸形成滲層。
真空熱處理可使零件表面具有極好的活性,引起化學反應(yīng),加速吸收過程,對于滲碳而言,零件表面的活性狀態(tài)可以加速這個過程的進行
c.擴散過程在滲碳氣中的碳濃度與奧氏體中飽和溶解度相等的情況下,滲碳深度dr、滲碳時間t的關(guān)系如下
圖2-13為滲碳溫度、滲碳時間與總滲碳層深度的關(guān)系曲線,可以看出隨著滲碳溫度的提高,滲碳效率大大提高,滲碳結(jié)束后進行擴散時,通常仍保持滲碳溫度,但將滲碳氣抽至66.7Pa以進行擴散,可以推斷在真空擴散階段,仍殘存著滲碳時的氣體成分:H2+CH4+C2H2,在爐子漏氣率很低時,可以認為此殘存氣體仍為增碳性的,只是增碳作用可忽略不計,從實際滲碳結(jié)果來看,真空滲碳零件從未發(fā)生過脫碳現(xiàn)象。
②真空滲碳工藝
a.真空滲碳的工藝方式在零件的真空滲碳時,可采用不同的方式通入滲碳氣體,常見的工藝方式有一段式、脈沖式和擺動式,具體如圖2-14所示。
圖2-14中一段式就是滲碳階段與擴散階段先后次序進行的一種滲碳方式,在滲碳階段向真空爐內(nèi)以一定流量通入滲碳介質(zhì)氣體(甲烷或丙烷)。并維持一定的壓力,擴散階段是在滲碳結(jié)束后,將滲碳氣體抽走并使爐內(nèi)壓力保持在工作真空度,在此條件下繼續(xù)加熱一段時間,如圖2-14(a)所示。
圖2-14中脈沖式就是將滲碳介質(zhì)以脈沖形式送入爐內(nèi)并排出,在一個脈沖周期內(nèi)既進行滲碳又可進行擴散的方法,如圖2-14(b)所示
圖2-14中擺放式是指在滲碳階段中,以脈沖形式通入滲碳氣體和排氣,在此之后再進行擴散的滲碳方法,如圖2-14(c)所示。
關(guān)于滲碳方式的選擇,應(yīng)根據(jù)工件的形狀而定,對于形狀簡單,僅有外表面需要滲碳的工件,可采用一段式滲碳;對于形狀復雜,具有溝槽、深不通孔等特殊部位,且這些部位要求滲碳,同時其滲碳層深度、碳濃度、均勻程度又有一定要求的工件,宜采用脈沖式或擺動式的滲碳工藝方式。
b.滲碳主要工藝參數(shù)的確定
滲碳溫度真空滲碳不必考慮工件的氧化問題,滲碳溫度可以提高,一般在900lo00℃之間,提高滲碳溫度可提高滲碳速度,縮短滲碳時間。因此確定滲碳時,主要考慮滲碳層深度、碳濃度、滲層的均勻性、工件的畸變量及晶粒度等,當零件的外形簡單,要求的滲層較深且畸變量要求不嚴格時,可采用高溫滲碳。當外形較復雜,畸變要求嚴格,滲層深度要求均勻時,則采用低溫度滲碳,具體參考件如表2-22所示。
⑤真空度的選擇關(guān)于起始真空度。裝爐后抽真空是為了排除爐內(nèi)空氣,故宜采用高的真空度,通常為1.33~0.133Pa,機械泵即可達到的極限真空度,防止?jié)B碳件加熱氧化并活化零件的表面
零件滲碳時的爐內(nèi)氣氛的真空度。通常選定在4×104Pa左右,爐內(nèi)真空度高則爐內(nèi)滲碳氣氛稀薄,碳勢低滲碳能力弱;反之,爐內(nèi)碳勢高,滲碳能力強。故滲碳時應(yīng)選擇爐氣的真空度實為選擇爐氣的碳勢,它對滲碳層的碳濃度和濃度梯度,以及滲碳速度和選擇滲擴比都具有重要的意義,是真空滲碳的基本工藝參數(shù)。應(yīng)當借助于滲碳鋼箔的定碳試驗,建立滲碳溫度、爐氣真空度和滲層碳濃度的關(guān)系,供選擇爐氣真空度時使用。 ⊙
擴散時間的真空度通常定在13.3Pa左右,它比起始真空度低1~2個數(shù)量級,這是考慮到滲碳后抽真空的目的是排除爐氣的滲碳氣氛,即降低碳勢。并借助于碳原子由滲層表面向里擴散,降低滲碳層的碳濃度梯度,增大滲層厚度。
④真空滲碳的周期數(shù)當滲碳工藝的其他參數(shù)(如溫度、真空度、碳勢、滲擴比等)確定時,周期數(shù)就決定滲碳層的厚度,要求滲層厚時,則選擇的滲碳周期次數(shù)就多⊙滲碳時間滲碳時間可根據(jù)下式計算得到:
a.零件的清洗。由于零件表面常附有油脂、鐵銹等污物,在加熱過程中將會蒸發(fā)和碳化,從而沾污爐內(nèi)的部件,堵塞石墨氈等部件的纖維間隙,改變它們的性能,降低其使用壽命。另外油脂的碳化也會附在零件表面,使?jié)B碳過程減慢,延長滲碳時間,導致晶粒粗化滲層不均勻,從而降低零件的力學性能,勢必影響熱處理過程及熱處理質(zhì)量。因此進行真空滲碳的零件必須進行清洗,可采用去污能力很強的汽油等有機溶劑進行,也可采用專用的清洗劑進行清洗
b.零件的放置。對于小型零件,不能堆
放,可將下零件壓在不銹鋼網(wǎng)上間隔地插放,不能插放的,則單層鋪放,同時各層網(wǎng)之間用不銹鋼框架隔開,再將其用無鋅鐵絲與料框捆牢,如圖2-15所示。
對于零件上有不通孔或外表面要求防滲時,
圖2-15滲碳零件的放置法
可用石棉繩或機械法將孔堵塞或涂以防滲材料?？捎檬蘩K或機械法將孔堵塞或涂以防滲材料需要注意的是,對于新使用的料框、料盤和其他夾具等,需要單獨進行一次滲碳處理。c.抽真空及開始加熱。將清洗干凈放置好的料框推入爐內(nèi),關(guān)上爐門即可開始抽真空,當爐內(nèi)壓力達到1.3×102Pa時,即可接通電源加熱爐體與工件d.升溫與均熱。爐內(nèi)真空度較高,熱的傳遞靠熱輻射,加熱速度較慢,爐內(nèi)工件所處的位置不同,加熱速度也不同,故零件的爐內(nèi)加熱速度是不均勻的,因此爐內(nèi)溫度達到滲碳溫度后,還需要有一個均熱階段,目的是使?jié)B碳工件溫度均勻化,保證獲得均勻的滲碳層;可進一步凈化工件表面,去掉表面氧化皮,將油污等蒸發(fā)掉,使工件表面活化,以利于滲碳的進行。
e.滲碳與擴散。零件均熱后,即可向爐內(nèi)通入滲碳氣體,這時爐內(nèi)氣壓立即回升,由于工件表面潔凈,吸收碳原子的能力很強,短時間內(nèi)表面碳濃度就能達到很高,達到預定時間后,就可停止通氣,進行碳的擴散處理階段。
f.滲碳后的熱處理。滲層達到要求后即可停電,通入高純度、低露點的氮氣,以增加對流加快冷卻,使工件溫度下降,然后再排氣。為了細化晶粒,可后續(xù)緩冷(至相變溫度以下)→加熱→淬火工藝
④真空滲碳工藝的優(yōu)點及問題真空滲碳設(shè)備及工藝出現(xiàn)的時間不長,但其具有一系列顯著的優(yōu)點及特點,在實際的熱處理生產(chǎn)中應(yīng)用范圍迅速擴大。
a.控制滲碳層深度、碳濃度以及濃度梯度(硬度梯度)是十分方便的。由于真空滲碳過程的物理化學變化特點,故根據(jù)零件的技術(shù)要求可簡單地通過計算或一些關(guān)系曲線確定真空滲碳的工藝參數(shù)。只要按照通過工藝實驗確定的工藝參數(shù)進行操作,即可獲得各爐很一致的結(jié)果—重現(xiàn)性。
b.滲碳件表面質(zhì)量高。真空滲碳是在真空狀態(tài)下進行加熱、均熱以及滲碳后的擴散零件不產(chǎn)生脫碳和黑色組織等問題,表面也潔凈
c.真空滲碳零件具有較高的力學性能。真空滲碳零件具有表面質(zhì)量高(不脫碳、不氧化等)特點,對于表面層的應(yīng)力狀態(tài)及疲勞強度具有很有利的影響。
d.對于具有盲孔、深孔及窄縫的零件具有較好的滲碳效果。對于難以進行氣體滲碳的不銹鋼、含硅鋼等,可順利進行滲碳處理。
e.可獲得薄的、厚的以及高碳濃度的滲碳層。使?jié)B碳期與擴散期具有不同的配合,即可獲得陡的或平緩的碳濃度梯度。
f.可進行高溫滲碳從而縮短滲碳時間。高溫滲碳可以顯著縮短滲碳時間,這是因為在高的滲碳溫度下,奧氏體對碳具有更高的溶解度,使用的滲碳氣又能充分供給活性碳原子,同時高溫下可顯著提高碳在鋼中的擴散速度,加上零件在真空狀態(tài)下進行加熱升溫的,產(chǎn)生了脫氣、去除氧化物等效果,從而使零件表面活化,使碳原子吸收過程加速。
g.可直接使用天然氣或丙烷氣,無需有一套氣體制備裝置
h.操作條件良好,對于環(huán)境基本上無污染。
i工藝參數(shù)的確定。熱處理是消耗能源較多的一個行業(yè),工藝參數(shù)是否合理顯然能極大影響節(jié)能效果,目前提出的適用于整個熱處理工藝的一些想法也應(yīng)通過實踐逐步在真空滲碳方面體現(xiàn)出來。
j.炭黑問題。在滲碳過程中使用的滲碳劑多為甲烷或丙烷等,都將產(chǎn)生炭黑,產(chǎn)生炭黑的原因有滲碳氣的流量大;滲碳氣的壓力過高;攪拌風扇的轉(zhuǎn)速低等。炭黑附著在零件上,不但阻礙滲碳過程且造成滲碳層的不均勻(深度或碳濃度),炭黑附著于加熱器上,易造成電短路現(xiàn)象。為減少炭黑,可在滲碳氣中混以適當?shù)谋壤?6%以上純度的氮氣,對于已附有炭黑的零件,可采用有機溶劑在超聲波清洗劑上進行清洗,是具有一定的效果的,新開發(fā)的乙炔滲碳技術(shù)可較好地解決炭黑問題。
真空化學熱處理的基本原理與普通化學熱處理相同,大致分為三個基本過程。首先是活性介質(zhì)在真空條件下加熱,分解成活性原子,如CH4→·[C]+2H2;其次是活性原子被鋼表面吸附并吸收;最后是活性原子沿著濃度梯度下降的方向,在鋼內(nèi)部擴散。
由于是在真空狀態(tài)下加熱,故不必擔心工件表面和介質(zhì)的氧化問題,可提高加熱溫度,從而提高滲入原子的擴散速度及介質(zhì)的活性,真空加熱狀態(tài)下零件的表面經(jīng)脫氣凈化、活化,提高了工件表面對參與化學反應(yīng)氣體及反應(yīng)產(chǎn)生的活性原子的吸附、吸收率,故真空化學熱處理與其他熱處理設(shè)備相比具有滲入速度快、生產(chǎn)效率高、滲層質(zhì)量好等特點。故節(jié)省電力、活性介質(zhì)消耗少,成本低經(jīng)濟性好。同時還具有表面清潔、工件畸變小、環(huán)境污染少,勞動條件好,易于實現(xiàn)自動化等優(yōu)點,故獲得了較為廣泛的應(yīng)用。圖2-12為VC型雙室真空滲碳爐的結(jié)構(gòu)。
目前真空化學熱處理比較成熟的工藝有真空滲碳、真空滲氮、真空碳氮共滲等,下面分別進行介紹。
(1)真空滲碳
①真空滲碳原理
a.滲碳氣的分解真空滲碳以高純度的天然氣(主要是CH4)或丙烷作為滲碳氣源直接通入爐內(nèi)進行滲碳,在滲碳溫度下,甲烷的分解反應(yīng)式如下:
甲烷的分解需要消耗大量的熱量,提高溫度可使反應(yīng)自左向右進行,即甲烷分解的更完全。甲烷的分解速度一般很小,在熱處理過程中鐵與鋼的表面對于甲烷的分解起到了良好的催化作用,滲碳反應(yīng)過程可寫成下式：
C3H8===C2 H4+CH4
此后便按照前述的反應(yīng)式進行反應(yīng),做進一步的分解,丙烷的熱分解速度較甲烷的熱分解速度快幾千倍,產(chǎn)生的碳原子為甲烷分解出的碳原子數(shù)的3倍,故以丙烷做滲碳劑時,其消耗量僅為甲烷的1/3,在1000℃溫度滲碳時,可采用丙烷作為滲碳劑。b.吸收階段關(guān)于滲碳過程中鋼零件表面對于碳原子的吸收過程和激勵機理有幾種觀點,一種是滲碳時鋼零件表面與滲碳氣氛之間產(chǎn)生了化學反應(yīng),在表面層形成了一薄層滲碳體,其反應(yīng)如下:
3Fe+CH4=== Fe3+2H2
然后薄層滲碳體分解出碳原子并向內(nèi)擴散。另一種觀點是滲碳氣分解產(chǎn)生的活性碳原子吸附在鋼的表面,并溶于奧氏體中,真空滲碳的出現(xiàn)及其滲碳速率較氣體滲碳高的事實以及其他工藝現(xiàn)象形成了一種新的看法,認為化學熱處理(包括滲碳)是由下面三個過程組成的。
表面凈化過程。這個過程使得妨礙零件進行化學熱處理的表面層得以去除。
吸附反應(yīng)過程。是介質(zhì)中某些化合物被零件表面吸附,在表面形成了不同的表面結(jié)構(gòu)使它的內(nèi)部原子間結(jié)合力發(fā)生某些變化,以致使吸附在零件表面上的某些化合物與介質(zhì)中的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),生成原子態(tài)的元素,這些新生的原子態(tài)元素將被零件表面吸收。
內(nèi)零件表面吸收了的原子向內(nèi)部擴散并逐漸形成滲層。
真空熱處理可使零件表面具有極好的活性,引起化學反應(yīng),加速吸收過程,對于滲碳而言,零件表面的活性狀態(tài)可以加速這個過程的進行
c.擴散過程在滲碳氣中的碳濃度與奧氏體中飽和溶解度相等的情況下,滲碳深度dr、滲碳時間t的關(guān)系如下
dr=25.4K
式中,dT為總滲碳層厚度,mm;t為滲碳時間,h;T為滲碳溫度,"F+460;K為滲碳速度系數(shù)圖2-13為滲碳溫度、滲碳時間與總滲碳層深度的關(guān)系曲線,可以看出隨著滲碳溫度的提高,滲碳效率大大提高,滲碳結(jié)束后進行擴散時,通常仍保持滲碳溫度,但將滲碳氣抽至66.7Pa以進行擴散,可以推斷在真空擴散階段,仍殘存著滲碳時的氣體成分:H2+CH4+C2H2,在爐子漏氣率很低時,可以認為此殘存氣體仍為增碳性的,只是增碳作用可忽略不計,從實際滲碳結(jié)果來看,真空滲碳零件從未發(fā)生過脫碳現(xiàn)象。
a.真空滲碳的工藝方式在零件的真空滲碳時,可采用不同的方式通入滲碳氣體,常見的工藝方式有一段式、脈沖式和擺動式,具體如圖2-14所示。
圖2-14中一段式就是滲碳階段與擴散階段先后次序進行的一種滲碳方式,在滲碳階段向真空爐內(nèi)以一定流量通入滲碳介質(zhì)氣體(甲烷或丙烷)。并維持一定的壓力,擴散階段是在滲碳結(jié)束后,將滲碳氣體抽走并使爐內(nèi)壓力保持在工作真空度,在此條件下繼續(xù)加熱一段時間,如圖2-14(a)所示。
圖2-14中擺放式是指在滲碳階段中,以脈沖形式通入滲碳氣體和排氣,在此之后再進行擴散的滲碳方法,如圖2-14(c)所示。
關(guān)于滲碳方式的選擇,應(yīng)根據(jù)工件的形狀而定,對于形狀簡單,僅有外表面需要滲碳的工件,可采用一段式滲碳;對于形狀復雜,具有溝槽、深不通孔等特殊部位,且這些部位要求滲碳,同時其滲碳層深度、碳濃度、均勻程度又有一定要求的工件,宜采用脈沖式或擺動式的滲碳工藝方式。
b.滲碳主要工藝參數(shù)的確定
滲碳溫度真空滲碳不必考慮工件的氧化問題,滲碳溫度可以提高,一般在900lo00℃之間,提高滲碳溫度可提高滲碳速度,縮短滲碳時間。因此確定滲碳時,主要考慮滲碳層深度、碳濃度、滲層的均勻性、工件的畸變量及晶粒度等,當零件的外形簡單,要求的滲層較深且畸變量要求不嚴格時,可采用高溫滲碳。當外形較復雜,畸變要求嚴格,滲層深度要求均勻時,則采用低溫度滲碳,具體參考件如表2-22所示。
零件滲碳時的爐內(nèi)氣氛的真空度。通常選定在4×104Pa左右,爐內(nèi)真空度高則爐內(nèi)滲碳氣氛稀薄,碳勢低滲碳能力弱;反之,爐內(nèi)碳勢高,滲碳能力強。故滲碳時應(yīng)選擇爐氣的真空度實為選擇爐氣的碳勢,它對滲碳層的碳濃度和濃度梯度,以及滲碳速度和選擇滲擴比都具有重要的意義,是真空滲碳的基本工藝參數(shù)。應(yīng)當借助于滲碳鋼箔的定碳試驗,建立滲碳溫度、爐氣真空度和滲層碳濃度的關(guān)系,供選擇爐氣真空度時使用。 ⊙
擴散時間的真空度通常定在13.3Pa左右,它比起始真空度低1~2個數(shù)量級,這是考慮到滲碳后抽真空的目的是排除爐氣的滲碳氣氛,即降低碳勢。并借助于碳原子由滲層表面向里擴散,降低滲碳層的碳濃度梯度,增大滲層厚度。
④真空滲碳的周期數(shù)當滲碳工藝的其他參數(shù)(如溫度、真空度、碳勢、滲擴比等)確定時,周期數(shù)就決定滲碳層的厚度,要求滲層厚時,則選擇的滲碳周期次數(shù)就多⊙滲碳時間滲碳時間可根據(jù)下式計算得到:
dr=25.4K
式中,dr為總滲碳層厚度,是指由工件表面測至基體組織出現(xiàn)處,mm;t為滲碳時間,h;T為滲碳溫度,"F+460;K為滲碳速度系數(shù)。對于低碳鋼而言,總滲碳層深度dr與滲碳溫度和滲碳時間的關(guān)系見表2-23。間的比值簡稱為滲擴比。它是真空滲碳調(diào)整滲碳層碳濃度和碳濃度梯度的主要工藝參數(shù),而且對滲碳速度和滲碳層的均勻性有影響。在爐氣真空度一定時,即爐氣的碳勢給定的前提下,滲擴比大則滲碳層的碳濃度高,濃度梯度大,因而滲碳層的性能不均勻,但是滲碳速度快。通常強滲時間為12~15min,擴散時間為強滲時間的0.5~3倍之間。滲碳時爐氣碳勢高、滲層要求碳濃度和濃度梯度較小時,選擇較小的滲擴比,即較長的擴散時間;反之,宜選擇較大的滲擴比,即較短的擴散時間,以縮短生產(chǎn)周期。③真空滲碳工藝操作過程與注意事項a.零件的清洗。由于零件表面常附有油脂、鐵銹等污物,在加熱過程中將會蒸發(fā)和碳化,從而沾污爐內(nèi)的部件,堵塞石墨氈等部件的纖維間隙,改變它們的性能,降低其使用壽命。另外油脂的碳化也會附在零件表面,使?jié)B碳過程減慢,延長滲碳時間,導致晶粒粗化滲層不均勻,從而降低零件的力學性能,勢必影響熱處理過程及熱處理質(zhì)量。因此進行真空滲碳的零件必須進行清洗,可采用去污能力很強的汽油等有機溶劑進行,也可采用專用的清洗劑進行清洗
b.零件的放置。對于小型零件,不能堆
放,可將下零件壓在不銹鋼網(wǎng)上間隔地插放,不能插放的,則單層鋪放,同時各層網(wǎng)之間用不銹鋼框架隔開,再將其用無鋅鐵絲與料框捆牢,如圖2-15所示。
對于零件上有不通孔或外表面要求防滲時,
圖2-15滲碳零件的放置法
e.滲碳與擴散。零件均熱后,即可向爐內(nèi)通入滲碳氣體,這時爐內(nèi)氣壓立即回升,由于工件表面潔凈,吸收碳原子的能力很強,短時間內(nèi)表面碳濃度就能達到很高,達到預定時間后,就可停止通氣,進行碳的擴散處理階段。
f.滲碳后的熱處理。滲層達到要求后即可停電,通入高純度、低露點的氮氣,以增加對流加快冷卻,使工件溫度下降,然后再排氣。為了細化晶粒,可后續(xù)緩冷(至相變溫度以下)→加熱→淬火工藝
④真空滲碳工藝的優(yōu)點及問題真空滲碳設(shè)備及工藝出現(xiàn)的時間不長,但其具有一系列顯著的優(yōu)點及特點,在實際的熱處理生產(chǎn)中應(yīng)用范圍迅速擴大。
a.控制滲碳層深度、碳濃度以及濃度梯度(硬度梯度)是十分方便的。由于真空滲碳過程的物理化學變化特點,故根據(jù)零件的技術(shù)要求可簡單地通過計算或一些關(guān)系曲線確定真空滲碳的工藝參數(shù)。只要按照通過工藝實驗確定的工藝參數(shù)進行操作,即可獲得各爐很一致的結(jié)果—重現(xiàn)性。
b.滲碳件表面質(zhì)量高。真空滲碳是在真空狀態(tài)下進行加熱、均熱以及滲碳后的擴散零件不產(chǎn)生脫碳和黑色組織等問題,表面也潔凈
c.真空滲碳零件具有較高的力學性能。真空滲碳零件具有表面質(zhì)量高(不脫碳、不氧化等)特點,對于表面層的應(yīng)力狀態(tài)及疲勞強度具有很有利的影響。
d.對于具有盲孔、深孔及窄縫的零件具有較好的滲碳效果。對于難以進行氣體滲碳的不銹鋼、含硅鋼等,可順利進行滲碳處理。
e.可獲得薄的、厚的以及高碳濃度的滲碳層。使?jié)B碳期與擴散期具有不同的配合,即可獲得陡的或平緩的碳濃度梯度。
f.可進行高溫滲碳從而縮短滲碳時間。高溫滲碳可以顯著縮短滲碳時間,這是因為在高的滲碳溫度下,奧氏體對碳具有更高的溶解度,使用的滲碳氣又能充分供給活性碳原子,同時高溫下可顯著提高碳在鋼中的擴散速度,加上零件在真空狀態(tài)下進行加熱升溫的,產(chǎn)生了脫氣、去除氧化物等效果,從而使零件表面活化,使碳原子吸收過程加速。
g.可直接使用天然氣或丙烷氣,無需有一套氣體制備裝置
h.操作條件良好,對于環(huán)境基本上無污染。
i工藝參數(shù)的確定。熱處理是消耗能源較多的一個行業(yè),工藝參數(shù)是否合理顯然能極大影響節(jié)能效果,目前提出的適用于整個熱處理工藝的一些想法也應(yīng)通過實踐逐步在真空滲碳方面體現(xiàn)出來。
j.炭黑問題。在滲碳過程中使用的滲碳劑多為甲烷或丙烷等,都將產(chǎn)生炭黑,產(chǎn)生炭黑的原因有滲碳氣的流量大;滲碳氣的壓力過高;攪拌風扇的轉(zhuǎn)速低等。炭黑附著在零件上,不但阻礙滲碳過程且造成滲碳層的不均勻(深度或碳濃度),炭黑附著于加熱器上,易造成電短路現(xiàn)象。為減少炭黑,可在滲碳氣中混以適當?shù)谋壤?6%以上純度的氮氣,對于已附有炭黑的零件,可采用有機溶劑在超聲波清洗劑上進行清洗,是具有一定的效果的,新開發(fā)的乙炔滲碳技術(shù)可較好地解決炭黑問題。
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