真空低壓滲碳淬火熱處理技術(shù)要求編制說明

1、真空低壓滲碳淬火熱處理技術(shù)要求編制說明1項目背景1.1任務(wù)來源本標(biāo)準(zhǔn)項目系根據(jù)全國熱處理標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會 2008年 10月下達的“國家推薦性標(biāo)準(zhǔn) 項目建議書”而編寫的,本標(biāo)準(zhǔn)計劃編號為:20090217-Q-9。本標(biāo)準(zhǔn)由北京機電研究所負(fù)責(zé)起草,根據(jù)真空低壓滲碳淬火熱處理設(shè)備和工藝技術(shù)發(fā)展 現(xiàn)狀和趨勢,在征求全國 10家企業(yè)、大學(xué)及科研單位專家的意見,采納全國熱處理標(biāo)準(zhǔn)化技 術(shù)委員會提出的修改建議而編寫的。1.2編制原則和編制過程l本標(biāo)準(zhǔn)的制定主要參考國外幾大設(shè)備制造商的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合國內(nèi)現(xiàn)狀和未來技術(shù)發(fā) 展方向,制定符合中國國情的真空低壓滲碳熱處理技術(shù)要求。2標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)突出重點,求實不求全,對真

2、空低壓滲碳熱處理設(shè)備、工藝、安全等方面制定 規(guī)范。3標(biāo)準(zhǔn)的制訂要遵循國家法規(guī),沒有與國家現(xiàn)行的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和原則相矛盾。2真空低壓滲碳熱處理行業(yè)概況2.1滲碳熱處理行業(yè)在我國的發(fā)展概況我國滲碳熱處理行業(yè)現(xiàn)狀經(jīng)濟的高速發(fā)展,技術(shù)的快速更新,要求各類“工程機械零件”精度更高、性能好、使 用壽命更長、生產(chǎn)效率更高,同時生產(chǎn)過程要更環(huán)保。滲碳是零件表面改性的一種熱處理手段,是關(guān)鍵的基礎(chǔ)加工制造工藝。滲碳熱處理可以 有效提高鋼鐵零件疲勞強度、耐磨性,廣泛應(yīng)用于航空航天、船舶、電力、汽車、機械制造、 工具等各個行業(yè)。滲碳作為工程零件熱處理的一項關(guān)鍵技術(shù),其質(zhì)量不僅影響零件性能和使 用壽命,而且直接影響到整機的

3、精度、可靠性和使用壽命。日前國內(nèi)滲碳熱處理裝備主要以 氣體滲碳為主,但由于氣體滲碳存在諸多不足,不能夠滿足對于提高產(chǎn)品性能和可靠性以及 清潔生產(chǎn)的要求。具體體現(xiàn)在:l氣體滲碳采用含氧型滲碳介質(zhì)。由于滲碳介質(zhì)中存在氧的成分,因此在滲碳過程中不可避免的會在零件表面形成晶界氧 化層,晶界氧化層的存在對于零件的耐磨性能和疲勞性能都有著非常大的影響,同時也無法 保證零件滲層均勻性等要求,降低了零件的使用壽命,增加了汽車的安全隱患。同時晶界氧 化層會在金屬表面形成鈍化膜,而鈍化膜的存在直接阻礙了碳元素向金屬內(nèi)部的擴散,因此 氣體滲碳過程必須延長滲碳時間,使得生產(chǎn)過程能耗居高不下。2氣體滲碳設(shè)備熱損失大、能

4、耗高。氣體滲碳設(shè)備密封性能差,并采用原料氣置換空氣的方法來防止零件在高溫下的氧化問 題。因此設(shè)備本身的熱損失較大,同時氣體在爐內(nèi)的循環(huán)和排放也大幅度的提高了生產(chǎn)過程 中的熱損失。氣體滲碳設(shè)備的工作特點決定了氣體滲碳技術(shù)進步無法解決高耗能的問趣。 3氣體滲碳溫室氣體排放量大。氣體滲碳的基本原理是:2C 3H 8+3O2+12N26CO+8H2+12N2(采用丙烷作為介質(zhì)或C 4H 10+2O2+8N24CO+5H2+8N2(采用丁烷作為介質(zhì)2COC+CO2(生成活性碳,同時產(chǎn)生二氧化碳通過原料氣的反應(yīng)生成 CO,然后通過 CO 的分解形成活性碳,進行滲碳。在 CO 分解過程 中出了形成活性碳,同

5、時也形成了 CO 2。為了避免零件被氧化,同時也是為了保持和調(diào)節(jié)爐內(nèi) 碳勢,氣體滲碳設(shè)備工作時自始至終都需要通入原料氣,上述反應(yīng)式中+或+始終都 在進行,因此溫室氣體排放最巨大。同時由于反應(yīng)式中或的進行,分解出大最的 H 2,因 此設(shè)備操作過程也存在著安全隱患。真空低壓滲碳熱處理技術(shù)優(yōu)勢真空低壓滲碳熱處理是一項環(huán)境友好型新技術(shù),在歐美等發(fā)達國家已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用, 其節(jié)能、節(jié)材、環(huán)保等特點己經(jīng)得到廣泛的認(rèn)可,是熱處理技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。特別 是對比傳統(tǒng)熱處理手段,真空熱處理具有無氧化、無脫碳和小畸變的優(yōu)越性,其零件處理精 度和使用壽命均得到大幅度提升,因此國內(nèi)自 20世紀(jì) 90年代以來在國

6、內(nèi)航空航天、汽車行 業(yè)、船舶、兵器軍工、電子、模具等行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛。真空低壓滲碳技術(shù)的出現(xiàn)使得實現(xiàn)高溫快速滲碳成為可能。真空高溫低壓滲碳技術(shù)采用 乙炔氣體為滲碳介質(zhì),并采用 1503000Pa較低的滲碳壓力進行脈沖滲碳。真空高溫低壓滲 碳具有環(huán)境友好、可實現(xiàn)高溫滲碳、提高滲碳速度、避免晶界氧化層、滲層易控、可對形狀 復(fù)雜(深孔、盲孔件滲碳等優(yōu)點;真空高溫低壓滲碳技術(shù)的先進性具體農(nóng)現(xiàn)在:工作溫度高。真空高溫低壓滲碳設(shè)備的正常工作溫度一般可以達到 1300。因此具備 實現(xiàn)高溫快速滲碳的基本條件。徹底解決晶界氧化層難題,提高滲碳件質(zhì)量。最近由于對材料內(nèi)氧化機理的研究,人們認(rèn)識到內(nèi)氧化是影響滲碳

7、零件壽命的一個重要 因素,滲碳過程中,氧原子擴散到零件內(nèi)部,與某些易氧化的合金元素形成氧化物,使得金 屬表面附近基體組織中的合金元素(如 Mn、Cr 等貧化,淬透性、硬度、疲勞強度降低,導(dǎo) 致零件表面出現(xiàn)早期失效,使用壽命降低。法國已把內(nèi)氧化作為滲碳質(zhì)量檢驗的一項內(nèi)容。 即使在發(fā)達國家,高水平的氣體滲碳技術(shù),其滲層也不可避免地會出現(xiàn)晶界氧化層,圖 l(b 即為滲碳后金屬表層組織中出現(xiàn)的晶界氧化層。在真空條件下,氧的分壓非常低,因此在滲碳面不會因微量氧化而產(chǎn)生晶界氧化(亦稱 內(nèi)氧化或黑色組織 ,有助于提升滲碳件抗疲勞強度,零件性能顯著提高。真空高溫低壓滲碳由于滲碳機理不同,滲碳過程無“氧”介入,

8、碳的滲入不是靠“CO” 傳遞,而是靠含碳氫介質(zhì)氣 C 2H 2直接裂解實現(xiàn)的(C2H 22C+H2 。所以真空滲碳可以說是從根 本上杜絕了晶界氧化的出現(xiàn),確保了滲碳后金屬表面層性能的均勻一致,如圖 l(a,且疲勞 性能明顯高于氣體滲碳。同時采用真空高溫低壓滲碳,沒有晶界氧化的阻礙,使得滲層更均 勻,可以獲得更好的零件顯微組織,如圖 2所示,有效提升零件滲碳質(zhì)量。另外采用乙炔作為真空高溫低壓滲碳氣具有很強的盲孔內(nèi)表面滲碳能力,有效解決了其 他滲碳方式和滲碳氣體對盲孔滲碳能力差的弱點。如圖 3和圖 4實驗結(jié)果表明,乙炔滲透能力非常強,在 90mm 的細孔范圍內(nèi)得到了均勻的 滲層,而乙烯和丙烷均在孔

9、口起始很少一段距離內(nèi)被滲碳,在 27mm90mm之間幾乎未獲得滲 碳層。(a無晶界氧化層 (b晶界氧化層圖 1 氣氛滲碳和真空高溫低壓滲碳后工件表面晶界氧化層對比(a真空高溫低壓滲碳 ×500 (b可控氣氛滲碳 ×500圖 2 可控氣氛滲碳與真空高溫低壓滲碳后的顯微組織比較圖 3 盲孔滲碳實驗零件示意圖4 盲孔內(nèi)表面硬度分布曲線控制簡便,零件處理質(zhì)量高,工藝再現(xiàn)性好對于普通的氣體滲碳,進行高水平的滲碳需要控制復(fù)雜的碳勢控制系統(tǒng),專業(yè)性強,過 程復(fù)雜,難以掌握。而真空高溫低壓滲碳的控制系統(tǒng)僅需控制滲碳氣氛的壓力和流量,控制 簡便,便于設(shè)備和技術(shù)的推廣應(yīng)用。同時該系統(tǒng)能夠?qū)α慵?/p>

10、的滲碳過程進行精確控制,因此 零件的滲碳質(zhì)最更好,可以實現(xiàn)表面碳含量均勻性±0.05C%;滲碳深度偏差±0.05mm的 高水平的技術(shù)要求,所處理的工件有良好的重復(fù)性,且可以實現(xiàn)真空油淬或高壓氣淬,工件 變形小、表面光亮,無需滲碳后再進行機械加工。真空高溫低壓滲碳裝備啟動快,周期短,滲碳能源氣消耗最小氣體滲碳爐加熱室中,工件均溫后不能立即開始滲碳,需要靠氧探頭、紅外儀調(diào)節(jié)氣氛 的碳勢,比較“耗時” ,所以說啟動慢。而真空高溫低壓滲碳設(shè)備只需要控制滲碳氣氛的壓力 和流量,工件到溫后可馬上進行滲碳,且控制簡便,啟動時間大大縮短。另外,利用真空高 溫低壓滲碳設(shè)備和工藝的特點,有效清

11、除阻礙滲碳的鈍化膜,加之在真空條件下金屬表面呈 活性狀態(tài),滲碳速度比傳統(tǒng)的氣氛滲碳更快速,而且,通過適當(dāng)提高滲碳溫度,可以大大縮 短滲碳時間。真空高溫低壓滲碳周期短原因在于:(a真空高溫低壓滲碳時,在低壓(真空中加熱,金屬表面被凈化,活性強,金屬表 面沒有阻礙滲碳的鈍化膜(晶界氧化層產(chǎn)生,裂解后的活性碳原子容易被金屬表面吸附、 滲入并擴散, 為此滲速加快。 根據(jù)滲速不同, 工藝周期相對于氣體滲碳熱處理可以減少 20% 50%。這是氣體滲碳無法達到的。(b氣體滲碳時提高滲碳溫度相對比較困難,由于在大氣條件下加熱,實現(xiàn) 980溫度 條件下滲碳己經(jīng)比較困難,而對于 1000的高溫滲碳,更是無法實現(xiàn)。

12、但對于真空高溫低壓 滲碳而言,其最高溫度可以達到 1300,實現(xiàn)高溫滲碳易如反掌。在真空爐中獲得 1.25mm 滲 碳層,930需要 5h,而 1040滲碳只需 2h。真空低壓滲碳熱處理技術(shù)典型應(yīng)用汽車工業(yè)根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計,2010年中國汽車生產(chǎn)量達到 1826.47萬輛,再次蟬聯(lián)全球 第一,其中乘用車產(chǎn)量達到 1389.71萬輛,商用車產(chǎn)量達到 436.76萬輛。汽車工業(yè)已經(jīng)成為 中國經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)。隨著我國汽車行業(yè)的迅速發(fā)展,汽車制造環(huán)節(jié)的節(jié)能、節(jié)材、減排、 降耗也越來越得到重視。清潔生產(chǎn)和提高壽命與安全性已經(jīng)成為我國汽車工業(yè)健康發(fā)展必須 面對和解決的重大問題。滲碳熱處理可以應(yīng)用于

13、汽車發(fā)動機、變速箱、傳動器、轉(zhuǎn)向機、傳動軸等部件中所有的 傳動和耐磨零件,如各種齒輪、軸類等的零件,是保證汽車性能和質(zhì)量的最關(guān)鍵的熱處理工 序。據(jù)統(tǒng)計,國內(nèi)每年僅各類汽車齒輪滲碳處理量就超過 200萬噸。真空低壓滲碳熱處理成套技術(shù)應(yīng)用于汽車工業(yè)優(yōu)勢:z徹底解決普通氣體滲碳形成晶界氧化層的難題,大幅度提高零件的耐磨性和抗疲勞 強度。z提高滲層均勻性等質(zhì)量。z可以提高滲碳溫度,可以大幅度縮短厚層滲碳的工藝時間。z真空低壓滲碳生產(chǎn)線可以滿足大批量零件生產(chǎn)的需求,同時具有節(jié)能、節(jié)氣、環(huán)保 等優(yōu)勢。航空航天工業(yè)航空航天工業(yè)零件滲碳生產(chǎn)的特點是多品種、小批最,同時具有零件形狀復(fù)雜、滲碳質(zhì)量要求高、大量不銹

14、鋼滲碳等特點。采用真空低壓滲碳設(shè)備可以有效的解決上述問趣:z采用真空高溫低壓滲碳后進行高壓氣淬可以有效控制形狀復(fù)雜零件的變形,變形最 可以控制在 0.05mm 以內(nèi)。z真空高溫低壓滲碳技術(shù)可以實現(xiàn)高水平的滲碳均勻性,滲碳質(zhì)量大幅度提高。 z傳統(tǒng)的氣體滲碳技術(shù)不能解決內(nèi)表面、內(nèi)花鍵防滲問題,必須采用真空高溫低壓滲 碳專用防滲碳技術(shù)。z不銹鋼類材料滲碳一直是國內(nèi)外技術(shù)難題。由于不銹鋼類材料表面自身氧化和在傳 統(tǒng)的氣體滲碳爐產(chǎn)生的微量氧化,都極易在不銹鋼表面產(chǎn)生滲碳鈍化膜,影響滲碳質(zhì)最和滲 碳效率,而真空高溫低壓滲碳設(shè)備具有“真空高溫”下的還原性好的特點配合真空低壓滲碳 專用工藝,可以有效清除滲碳鈍

15、化膜,保證滲碳質(zhì)量和滲碳效率。因此航空航天系統(tǒng)的關(guān)鍵零部件采用真空高溫低壓滲碳設(shè)備進行滲碳是必然的選擇。2.2真空低壓滲碳熱處理裝備在國內(nèi)外發(fā)展概況目前國際上僅有美國 IPSEN 公司、法國 ECM 公司、德國 ALD 公司等國際知名公司陸續(xù)開 發(fā)出真空高溫低壓滲碳設(shè)備,并成功進行了推廣。特別是法國 ECM 公司在此領(lǐng)域上具有優(yōu)勢, 已經(jīng)形成產(chǎn)業(yè)化。國際上此技術(shù)的應(yīng)用主要為汽車行業(yè)、航空航天行業(yè)、工具行業(yè)等,采用 此項技術(shù)后對于提升零件的處理質(zhì)最、提高裝配精度、提高使用壽命、節(jié)能降噪等方面具有 無可比擬的優(yōu)勢。國內(nèi)目前系統(tǒng)開展真空低壓滲碳設(shè)備和工藝研究的只有北京機電研究所等少數(shù)幾家單 位。北京

16、機電研究所從 20世紀(jì) 80年代就開始研究真空滲碳設(shè)備和工藝成套技術(shù),1991年北 京機電研究所開展的真空滲碳技術(shù)研究項目獲得原機械部科技進步二等獎,2009年真空高溫 低壓滲碳設(shè)備獲得國家科技重大專項的支持,多年的研發(fā)積累使得真空低壓滲碳在核心技術(shù) 層面上形成突破,已經(jīng)研制出接近國際先進水平的真空低壓滲碳設(shè)備,技術(shù)上趨于成熟,形 成了自己的系列產(chǎn)品,并成功的進行了推廣應(yīng)用。3標(biāo)準(zhǔn)制訂的必要性分析由于國際上僅有美 IPSEN 公司、法國 ECM 公司、德國 ALD 公司等國際知名公司開發(fā)出了 真空高溫低壓滲碳設(shè)備,但目前國際上尚無通用標(biāo)準(zhǔn),主要依據(jù)是執(zhí)行幾大制造商的企業(yè)標(biāo) 準(zhǔn),其企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容和

17、要求不一致。而在我國國內(nèi)也無此項新技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn),因此對于國內(nèi)研 發(fā)此技術(shù)的生產(chǎn)廠家和使用此技術(shù)的用戶,無標(biāo)準(zhǔn)可以規(guī)范,對此技術(shù)的推廣應(yīng)用十分不利, 所以國內(nèi)急需制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。本標(biāo)準(zhǔn)的制定主要將參考國外幾大設(shè)備制造商的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn),結(jié) 合國內(nèi)現(xiàn)狀和未來技術(shù)發(fā)展方向,制定符合中國國情的真空低壓滲碳熱處理技術(shù)要求。本項 標(biāo)準(zhǔn)的制訂將規(guī)范真空低壓滲碳熱處理新技術(shù)的應(yīng)用,推動技術(shù)發(fā)展和進步,促進相關(guān)行業(yè) 的健康發(fā)展。4標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)內(nèi)容4.1標(biāo)準(zhǔn)適用范圍本標(biāo)準(zhǔn)適用于鋼件采用滲碳富化氣進行真空低壓滲碳淬火的熱處理裝備和工藝。4.2標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容和編制依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容本標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容為真空低壓滲碳淬火設(shè)備要求、工

18、藝及工藝過程要求、質(zhì)量控制與檢 驗、安全衛(wèi)生和環(huán)保要求及附錄經(jīng)驗數(shù)據(jù)等內(nèi)容。真空低壓滲碳淬火設(shè)備特點及要求真空低壓滲碳淬火熱處理設(shè)備的突出特點是選擇的多樣性、具有多種用途和先進的滲碳 控制系統(tǒng)。1 選擇的多樣性用戶可根據(jù)不同的要求, 對低壓真空滲碳淬火熱處理設(shè)備做出多種選擇, 包括:根據(jù)設(shè)備配置處理室個數(shù)的要求,選擇單室結(jié)構(gòu)、雙室結(jié)構(gòu)、二室或多室連續(xù)式生 產(chǎn)線;根據(jù)淬火方式不同,可選擇真空油淬或高壓氣淬。2設(shè)備的多用性。真空低壓滲碳淬火熱處理設(shè)備具有多種用途,能靈活實現(xiàn)多種熱處理 工藝,如真空滲碳、真空碳氮共滲、真空滲碳,油淬、真空滲碳,氣淬,以及真空爐的全部 功能(包括真空油淬、真空氣淬、真

19、空退火、真空正火、真空回火、真空釬焊等 ,并可以用 于對工業(yè)領(lǐng)域所使用的各類材料和零件進行相關(guān)的熱處理,如 12Cr2Ni4A、12Cr2Ni3A 等高合 金滲碳鋼的滲碳及滲碳后的淬火,20CrMnTi 等結(jié)構(gòu)鋼的滲碳及滲碳后的淬火, 1Cr13等不銹 鋼的滲碳及滲碳后的淬火,H13、W6Mo5Cr4V2等工模具鋼的淬火,齒輪類零件、軸套類零件、 精密軸承、油泵油嘴機械件、精密機械零件等的淬火、退火等。3滲碳控制系統(tǒng)。低壓真空滲碳淬火熱處理設(shè)備中配備了先進的滲碳控制系統(tǒng)。該系統(tǒng) 使用先進的電磁控制閥,啟閉速度快。該系統(tǒng)中包括個專用的滲碳工藝模擬專家系統(tǒng),它可 以依據(jù)材料的成分、滲層深度的要求和

20、表面碳濃度的要求,實現(xiàn)滲碳工藝參數(shù)的自動注入和 修改,并對滲碳溫度、子強滲和子擴散時間、滲碳氣體流量和滲碳壓力等滲碳參數(shù)進行精確 控制。該滲碳控制系統(tǒng)安裝有液晶觸摸屏,能夠?qū)崟r監(jiān)視設(shè)備的運行狀態(tài),顯示設(shè)備當(dāng)前的 實時數(shù)據(jù),如真空度、溫度、流量、壓力等,并能形成工藝曲線。并可以滿足任何復(fù)雜熱處 理工藝所要求的設(shè)備各種工作方式,PLC 能夠?qū)崿F(xiàn)這些工作方式的自動完成。另外,滲碳控制 系統(tǒng)還具有密碼保護功能、故障自診和監(jiān)控功能、遠程控制和診斷功能。真空低壓滲碳淬火熱處理設(shè)備一般要求:1真空低壓滲碳淬火爐應(yīng)滿足熱處理工藝規(guī)范,技術(shù)參數(shù)應(yīng)符合 GB/T 22561真空熱處 理、GB/T 10067.1電

21、熱設(shè)備基本技術(shù)條件第 1部分:通用部分、GB/T 10067.4電熱設(shè)備基本 技術(shù)條件第 4部分:間接電阻爐、 JB/T 8195.3間接電阻爐 ZR 系列真空熱處理和釬焊爐、 JB/T 8195.4間接電阻爐 ZC 系列真空淬火爐等標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定。2真空低壓滲碳淬火爐應(yīng)能充分保證工作真空壓強,配有機械泵、羅茨泵、擴散泵等組 成的真空系統(tǒng),真空系統(tǒng)應(yīng)帶有充分的抽氣能力以維持相關(guān)熱處理工藝要求的真空水平。 3在空爐并經(jīng)干燥、除氣的情況下,不同工作容積的真空爐,應(yīng)在規(guī)定的時間內(nèi)抽到規(guī) 定的真空工作壓強。加熱室冷態(tài)極限真空壓強不低于 4×10-1Pa,抽氣時間應(yīng)不大于 30min。4真空低

22、壓滲碳淬火爐在冷態(tài)空爐并充分干燥后的壓升率應(yīng)小于 0.5Pa/h。5真空低壓滲碳淬火爐應(yīng)保證爐溫均勻性不大于±5,真空爐的爐溫均勻度的檢驗方 法應(yīng)符合 GB/T9452的規(guī)定。真空低壓滲碳淬火熱處理設(shè)備設(shè)計應(yīng)符合 JB/T 10175(熱處理質(zhì)量控制要求的規(guī)定, 對設(shè)備及儀表、工藝材料(滲碳富化氣 、工藝質(zhì)量與檢驗提出較高的要求。l首先真空低壓滲碳淬火爐加熱室內(nèi)結(jié)構(gòu)材料在熱處理中不應(yīng)與工件或滲碳富化氣發(fā)生 不良反應(yīng),加熱室內(nèi)結(jié)構(gòu)材料應(yīng)選擇質(zhì)量好的碳氈、陶瓷纖維及優(yōu)質(zhì)石墨件。2真空低壓滲碳淬火爐應(yīng)配備溫度自動調(diào)節(jié)、紀(jì)錄和報警裝置。3真空低壓滲碳淬火爐各加熱區(qū)段都必須配置獨立的溫度控制系

23、統(tǒng),對于有效區(qū)較大的 設(shè)備,可采取分多區(qū)加熱,各區(qū)段的加熱功率配置應(yīng)滿足所涉及額定載荷的加熱、保溫的需 要,且應(yīng)保證溫度均勻性符合要求。4真空低壓滲碳淬火爐加熱室的每個加熱區(qū)至少應(yīng)有兩支熱電偶,一支接溫度自動控制 儀表,另一支接溫度指示自動記錄儀表,安裝在靠近爐子的有效加熱區(qū)。其中,一塊儀表具 有超溫報警功能。5真空低壓滲碳淬火爐溫度測量系統(tǒng)在正常使用狀態(tài)下,應(yīng)定期做系統(tǒng)精度校驗。6爐子應(yīng)配有系統(tǒng)精度校驗熱電偶安裝孔。配置電壓、電流、電能消耗、加熱區(qū)溫度、 爐內(nèi)壓強、冷卻水溫度測量指示儀表滲碳工藝氣氛壓強、流量測量指示和控制,冷卻水管壓 強、流量測景指示和控制儀農(nóng)。7真空低壓滲碳淬火爐采用低壓

24、脈沖的方式向爐內(nèi)送入低壓滲碳氣。根據(jù)真空爐有效工 _作區(qū)尺寸,爐內(nèi)滲碳氣噴嘴應(yīng)有一組或多組,并可根據(jù)裝爐條件和滲層等工藝要求的不同, 開啟一組或多組。每組噴嘴配備有各自獨立的送氣系統(tǒng),應(yīng)能夠通過質(zhì)量流量計獨立精確控 制滲碳氣送氣的流量和壓力,確保爐內(nèi)氣氛均勻。對于密集裝爐條件,滲碳氣噴嘴的設(shè)計應(yīng) 滿足有效工作區(qū)心部滲碳氣氛的有效供給,保證滲碳的均勻性。8為保證真空滲碳淬火爐內(nèi)溫度及氣氛均勻,應(yīng)在適當(dāng)位置設(shè)置攪拌風(fēng)扇。9 真空泵組與真空爐體之間應(yīng)配備碳黑、 熱油過濾裝置并定期清理, 真空泵應(yīng)定期換油、 維護保養(yǎng)。10真空滲碳淬火爐應(yīng)定期進行檢查和維護,并做好記錄。高壓氣淬室要求:l高壓氣淬室設(shè)計

25、、制造、檢驗、安裝應(yīng)符合 GB 150的規(guī)定,高壓氣淬室應(yīng)配備壓力 傳感器、自動放氣閥、安全保護閥等裝置;2高壓氣淬室應(yīng)配備淬火冷卻氣氛充入壓強自動控制和壓強自動補償功能;冷卻攪拌風(fēng) 扇轉(zhuǎn)速和攪拌時間應(yīng)可以調(diào)節(jié),以適用不同工藝要求;3高壓氣淬室熱交換器和導(dǎo)風(fēng)裝置設(shè)計、制造應(yīng)能滿足高壓氣淬工藝要求;4 高壓氣淬室熱交換器一般采用水冷方式, 單獨供水, 冷卻水進口溫度為 535 (對 于特殊要求的水溫不大于 27,應(yīng)配有冷卻水裝置 ,出水口溫升不應(yīng)超過 20(氣淬時允 許短時超過 ;5快速冷卻水壓力不小于 0.2MPa,流最可以調(diào)節(jié)、配有斷水報警保護裝置;6高壓氣淬室放氣管路應(yīng)配備消音器;7高壓氣

26、淬室應(yīng)具有壓力調(diào)節(jié)功能,可以適應(yīng)工件緩冷要求;8 高壓淬火用氣優(yōu)先選用高純氮氣 (N2 , 也可用氬氣 (Ar 、 氫氣 (H2 、 一氧化碳氣 (CO 以及它們之間同比例的混合氣,純度應(yīng)符合 JB/T 7530要求;9對于淬火壓力要求大于 0.8MPa 的儲罐,應(yīng)采用液氮增壓泵+氣化方式達到儲罐設(shè)定壓 強。為確保增壓充氣安全,增壓泵與高壓儲罐壓強傳感器應(yīng)設(shè)置安全互鎖裝置。真空油淬室要求:1真空油淬室內(nèi)應(yīng)設(shè)有送料機構(gòu)和淬火升降機構(gòu)。送料機構(gòu)完成工件在加熱室和冷卻室 之間的轉(zhuǎn)移,淬火升降機構(gòu)完成工件的入油淬火;2 送料機構(gòu)和淬火機構(gòu)應(yīng)保證運行平穩(wěn), 并保證工件的淬火轉(zhuǎn)移時間 (應(yīng)符合 JB/T

27、8195.4規(guī)定 ; 3 淬火槽淬火瞬間充入氮氣時, 油面壓強應(yīng)能自動控制。 淬火槽油面壓強推薦 8×104Pa; 4淬火油槽溫度應(yīng)能自動控制和調(diào)解,采用具有控溫的功能儀表、熱電偶、油加熱器等 對真空淬火油溫度進行控制;5淬火油攪拌速度應(yīng)具備調(diào)節(jié)和自動控制功能:6淬火油導(dǎo)流裝置和油冷卻換熱器應(yīng)滿足工藝要求;7淬火油槽應(yīng)安裝油位指示計和油位安全報警裝置;8淬火油應(yīng)選用真空淬火油,滿足工件真空淬火后的硬度及光亮度要求,符合 JB/T6955中的相關(guān)規(guī)定;9首次加油后要進行加熱、抽真空除氣;10為適應(yīng)工件緩冷要求,真空油淬室應(yīng)具有0.2MPa 氣冷功能。真空低壓滲碳淬火工藝材料滲碳富化氣要

28、求l真空低壓滲碳富化氣為乙炔氣(C2H 2時,純度不低于 96%,其它富化氣純度應(yīng)符合 GB 6819的規(guī)定。2工藝過程壓強調(diào)解用氣體為:高純氮氣 (N2, 純度不低于 99.996%, 并應(yīng)符合 JB/T 7530的相關(guān)規(guī)定。真空低壓滲碳淬火工藝及工藝過程要求l真空低壓滲碳是一種改進的氣體滲碳工藝,滲碳時壓力遠遠低于大氣壓,典型的壓力 范圍是 1503000Pa。其優(yōu)點是鋼表面保持非常潔凈,因為沒有氣體的相互反應(yīng),真空環(huán)境下 碳更快地到達鋼的表面。滲碳時羥類氣體被引入滲碳室,裂解產(chǎn)生了活性碳原子,它們自由 地滲入鋼的表面,而氫和剩余的碳氫化合物的副產(chǎn)品被真空泵排出了系統(tǒng)。目前用來真空滲 碳的

29、羥類氣體是乙炔(C2H 2和丙烷(C3H 8 。在低壓真空滲碳中,羥類氣體的裂解是非平衡反 應(yīng),意味著鋼表面很快能達到奧氏體中碳的飽和水平。通過重復(fù)多個強滲和擴散步驟,能夠 獲得希望得到的碳分布和滲層深度。低壓真空滲碳工藝的控制是基于擴散理論的“奧氏體碳 含量飽和值控制法” ,即整個滲碳過程由數(shù)個子滲碳程序集合組成,每個子滲碳程序包括強滲 期和擴散期兩個階段。確定子滲碳程序的個數(shù)和每個子滲碳程序中強滲期、擴散期的時間需 要依據(jù)材料的成分、滲層深度的要求和表面碳濃度的要求,在建立準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型后,利用 計算機計算出來。真空低壓滲碳溫度一般為 9201050,工藝氣氛進口壓強一般設(shè)定為 0.2MP

30、a,并能維持恒定。強滲過程中富化氣的供給應(yīng)采用脈沖方式通入,氣體壓力、流量應(yīng) 保持穩(wěn)定。為了平衡爐內(nèi)壓強,擴散過程可通入適量氮氣。2工件及工裝。入爐工件及工裝夾具應(yīng)進行清洗,不應(yīng)有銹斑,不應(yīng)有對工件、爐膛產(chǎn) 生有害影響的污物、低熔點涂層、鍍層等。需要防滲碳部位可采用鍍層或戴防滲螺帽等辦法。 工裝夾具的選擇應(yīng)防止與工件在工藝過程中發(fā)生共晶反應(yīng)或粘合,若會發(fā)生反應(yīng),可采用 Al2O3粉隔離。工件畸變要求比較嚴(yán)時,可設(shè)計和使用專門的工裝夾具或模具。3加熱及保溫。工件入爐后達到規(guī)定的工作壓強加熱升溫,控制升溫速度,使工件各部 分之間不產(chǎn)生明顯的溫差。根據(jù)工件形狀、裝爐方式以及對變形的要求選擇不同的加熱

31、速率, 一般在 700800保溫, 待工件溫度一致, 繼續(xù)升溫到工作溫度并保溫 20min30min后開 始滲碳。4滲碳和擴散。真空低壓滲碳保溫時間分為:滲碳時間、擴散時間。滲碳和擴散總時間 可通過具體實驗,按附錄 A 公式計算獲得。滲碳時間和擴散時間之比主要按表面碳濃度和濃 度梯度來確定,可參考附錄 B 相關(guān)數(shù)據(jù),或根據(jù)具體實驗獲得。5淬火冷卻高壓氣淬:高壓氣淬時根據(jù)材料的淬透性通入 5×105Pa10×105Pa 的高純氮氣 (或氬氣 進行淬火,為了減少工件變形,高壓氣淬過程可以在不同階段通過選擇不同的冷卻速度和冷 卻時間來實現(xiàn)對工件的分階段冷卻淬火。油淬火:真空淬火油

32、在淬火前應(yīng)充分脫氣并排除水分,必要時適當(dāng)加熱,使油溫控制在 2050范圍內(nèi)。為控制油面壓強,淬火時應(yīng)充入高純氮氣,并控制在壓強為 8×104Pa 左 右。淬火時,油槽應(yīng)進行攪拌和循環(huán)冷卻。爐冷:按工藝規(guī)定應(yīng)隨爐冷卻時,冷卻過程應(yīng)保持真空壓強,當(dāng)爐溫降至一定溫度后方 可停止抽真空。6出爐及清洗工件應(yīng)冷到小于 150出爐,油淬工件出爐后應(yīng)進行清洗除油。真空低壓滲碳淬火質(zhì)量控制與檢驗質(zhì)最控制:(1熱處理質(zhì)量控制應(yīng)符合 JB/T 10175和本標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定執(zhí)行。(2工藝前工件的表面應(yīng)無油污、傷痕及銹蝕,其原材料及金相組織應(yīng)符合要求。(3對局部滲碳的工件應(yīng)有適當(dāng)?shù)谋Ｗo措施。(4工件裝夾是應(yīng)避免工

33、件相互接觸。(5真空滲碳爐設(shè)備的各工藝參數(shù)應(yīng)穩(wěn)定在工藝規(guī)定的范圍內(nèi),應(yīng)定期對溫控表、質(zhì)量 流量計進行檢查,以保證其工作準(zhǔn)確性。(6滲碳所用富化氣氣源質(zhì)量應(yīng)穩(wěn)定。質(zhì)量檢驗:(1外觀 工件表面應(yīng)光亮、無裂紋及氧化等缺陷。一般采用目視檢查,必要時可采用 體鏡或放大鏡等確認(rèn)。(2硬度 表面硬度和心部硬度應(yīng)符合工件圖樣規(guī)定或符合工藝規(guī)定的技術(shù)要求,偏差 要求應(yīng)符合 JB/T 3999規(guī)定或供需雙方的技術(shù)協(xié)議要求,硬度檢驗方法應(yīng)符合 GB/T 230.1、 GB/T 4340.1、JB/T 6050的規(guī)定。(3滲碳淬火硬化層深度 硬化層深度應(yīng)符合圖樣要求或工藝規(guī)定的技術(shù)要求,偏差應(yīng) 符合 JB/T 3999規(guī)定或供需雙方的技術(shù)協(xié)議要求,硬化層深度的檢驗方法應(yīng)符合 GB/T 9450的規(guī)定。(4金相組織 金相組織檢查應(yīng)包括馬氏體級別、表面殘留奧氏體數(shù)最、表面非馬氏體 組織、碳化物形態(tài)分布及數(shù)最等。金相組織檢查應(yīng)符合 GB/T 3480.5、GB/T 25744的