《真空低壓滲碳淬火熱處理技術(shù)要求》編制說(shuō)明.

1、真空低壓滲碳淬火熱處理技術(shù)要求編制說(shuō)明1項(xiàng)目背景1.1 任務(wù)來(lái)源本標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目系根據(jù)全國(guó)熱處理標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)2008年10月下達(dá)的 國(guó)家推薦性標(biāo)準(zhǔn) 項(xiàng)目建議書(shū)”而編寫(xiě)的，本標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃編號(hào)為：20090217-Q-9。本標(biāo)準(zhǔn)由北京機(jī)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(shì)，在征求全國(guó)10家企業(yè)、大學(xué)及科研單位專(zhuān)家的意見(jiàn)，采納全 國(guó)熱處理標(biāo)準(zhǔn)化技 術(shù)委員會(huì)提出的修改建議而編寫(xiě)的。1.2 編制原則和編制過(guò)程l本標(biāo)準(zhǔn)的制定主要參考國(guó)外幾大設(shè)備制造商的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀和未來(lái) 技術(shù)發(fā)展方向，制定符合中國(guó)國(guó)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(diǎn)，求實(shí)不求全，對(duì)

2、真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(guó)家法規(guī)，沒(méi)有與國(guó)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(guó)的發(fā)展概況2.1.1 我國(guó)滲碳熱處理行業(yè)現(xiàn)狀經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，技術(shù)的快速更新，要求各類(lèi) 工程機(jī)械零件”精度更高、性能 好、使用壽命更長(zhǎng)、生產(chǎn)效率更高，同時(shí)生產(chǎn)過(guò)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(qiáng)度、耐磨性，廣泛應(yīng)用于航空航天、船舶、電 力、汽車(chē)、機(jī)械制造、 工具等各個(gè)行業(yè)。滲碳作為工程零件熱處理的一項(xiàng)關(guān)鍵技 術(shù)，其質(zhì)量不僅影響零件性能和使用壽命，而

3、且直接影響到整機(jī)的精度、可靠性和使 用壽命。日前國(guó)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(duì)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(guò)程中不可避免的會(huì)在零件表面形 成品界氧 化層，晶界氧化層的存在對(duì)于零件的耐磨性能和疲勞性能都有著非常大的 影響，同時(shí)也無(wú)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(chē)的 安全隱患。同時(shí)晶界氧 化層會(huì)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(kuò)散，因此氣體滲碳過(guò)程必須延長(zhǎng)滲碳時(shí)間，使得生產(chǎn)過(guò)程能耗 居高不下

4、。2氣體滲碳設(shè)備熱損失大、能耗高。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(lái)防止零件在高溫下 的氧化問(wèn)題。因此設(shè)備本身的熱損失較大，同時(shí)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(guò)程 中的熱損失。氣體滲碳設(shè)備的工作特點(diǎn)決定了氣體滲碳技術(shù)進(jìn) 步無(wú)法解決高耗能的問(wèn)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+12N2>6CO+8H2+12N2（采用丙烷作為介質(zhì)或C 4H 10+2O2+8N2>4CO+5H2+8N2（采用丁烷作為介質(zhì)2C8C+CO2（生成活性碳，同時(shí)產(chǎn)生二氧化碳通過(guò)原料氣的反應(yīng)生成 CO,然后通過(guò)CO的分解形成活性碳，進(jìn)行滲碳

5、。在CO 分解過(guò)程 中出了形成活性碳，同時(shí)也形成了 CO 2。為了避免零件被氧化，同時(shí)也是 為了保持和調(diào)節(jié)爐內(nèi) 碳勢(shì),氣體滲碳設(shè)備工作時(shí)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(jìn)行，因此溫室氣體排放最巨大。同時(shí)由于反應(yīng)式中 或的進(jìn)行，分解出大最的H 2,因此設(shè)備操作過(guò)程也存在著安全隱患。2.1.2 真空低壓滲碳熱處理技術(shù)優(yōu)勢(shì)真空低壓滲碳熱處理是一項(xiàng)環(huán)境友好型新技術(shù)，在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)得到廣 泛的應(yīng)用，具節(jié)能、節(jié)材、環(huán)保等特點(diǎn)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(duì)比傳統(tǒng)熱處理手段，真空熱處理具有無(wú)氧化、無(wú)脫碳和小畸 變的優(yōu)越性，其零件處理精度和使用壽

6、命均得到大幅度提升，因此國(guó)內(nèi)自20世紀(jì)90 年代以來(lái)在國(guó)內(nèi)航空航天、汽車(chē)行 業(yè)、船舶、兵器軍工、電子、模具等行業(yè)的應(yīng) 用越來(lái)越廣泛。真空低壓滲碳技術(shù)的出現(xiàn)使得實(shí)現(xiàn)高溫快速滲碳成為可能。真空高溫低壓滲碳 技術(shù)采用乙快氣體為滲碳介質(zhì)，并采用1503000PaR低的滲碳?jí)毫M(jìn)行脈沖滲碳。 真空高溫低壓滲碳具有環(huán)境友好、可實(shí)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(duì)形狀復(fù)雜（深孔、盲孔件滲碳等優(yōu)點(diǎn)；真空高溫低壓滲碳技術(shù) 的先進(jìn)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(dá)到 1300Co因此具備 實(shí)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

7、。最近由于對(duì)材料內(nèi)氧化機(jī)理的研究，人們認(rèn)識(shí)到內(nèi)氧化是影響滲碳零件壽命的 一個(gè)重要因素，滲碳過(guò)程中，氧原子擴(kuò)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(qiáng)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(guó)已把內(nèi)氧化作為滲 碳質(zhì)量檢驗(yàn)的一項(xiàng)內(nèi)容。即使在發(fā)達(dá)國(guó)家，高水平的氣體滲碳技術(shù)，其滲層也不可避免地會(huì)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(huì)因微量氧化而產(chǎn)生品界氧化 （亦稱(chēng)內(nèi)氧化或黑色組織，有助于提升滲碳件抗疲勞強(qiáng)度，零件性能顯著提高真空高

8、溫低壓滲碳由于滲碳機(jī)理不同，滲碳過(guò)程無(wú)氧”介入，碳的滲入不是靠“C。傳遞,而是靠含碳?xì)浣橘|(zhì)氣C 2H 2直接裂解實(shí)現(xiàn)的(C2H 2 -2C+H2。所以真 空滲碳可以說(shuō)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(shí)采用真空高溫低壓滲碳，沒(méi)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。另外采用乙快作為真空高溫低壓滲碳?xì)饩哂泻軓?qiáng)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?xì)怏w對(duì)盲孔滲碳能力差的弱點(diǎn)。如圖3和圖4實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 乙快滲透能力非常強(qiáng)，在90mm的細(xì)孔范圍內(nèi)

9、得到 了均勻的 滲層，而乙烯和丙烷均在孔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(wú)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(duì)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(shí)驗(yàn)零件示意圖4盲孔內(nèi)表面硬度分布曲線控制簡(jiǎn)便，零件處理質(zhì)量高，工藝再現(xiàn)性好對(duì)于普通的氣體滲碳，進(jìn)行高水平的滲碳需要控制復(fù)雜的碳勢(shì)控制系統(tǒng)，專(zhuān)業(yè)性 強(qiáng)，過(guò)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?xì)夥盏膲毫?和流量，控制簡(jiǎn)便，便于設(shè)備和技術(shù)的推廣應(yīng)用。同時(shí)該系統(tǒng)能夠?qū)?/p>

10、零件的滲碳過(guò)程 進(jìn)行精確控制，因此零件的滲碳質(zhì)最更好，可以實(shí)現(xiàn)表面碳含量均勻性 &±05C%;滲 碳深度偏差& ± 0.05mm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(shí)現(xiàn)真空油淬或高壓氣淬，工件變形小、表面光亮，無(wú)需滲碳后再進(jìn)行機(jī)械加工。真空高溫低壓滲碳裝備啟動(dòng)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(kāi)始滲碳，需要靠氧探頭、紅外儀調(diào) 節(jié)氣氛的碳勢(shì)，比較 耗時(shí)”所以說(shuō)啟動(dòng)慢。而真空高溫低壓滲碳設(shè)備只需要控制滲 碳?xì)夥盏膲毫土髁?，工件到溫后可馬上進(jìn)行滲碳，且控制簡(jiǎn)便，啟動(dòng)時(shí)間大大縮短。 另外，利用真空高溫低壓滲碳設(shè)備

11、和工藝的特點(diǎn)，有效清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(guò)適當(dāng) 提高滲碳溫度，可以大大縮 短滲碳時(shí)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(shí)，在低壓(真空中加熱，金屬表面被凈化，活性強(qiáng),金屬表面 沒(méi)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(kuò)散，為此滲速加快。根據(jù)滲速不同，工藝周期相對(duì)于氣體滲碳熱處理 可以減少20% 50%。這是氣體滲碳無(wú)法達(dá)到的。(b氣體滲碳時(shí)提高滲碳溫度相對(duì)比較困難，由于在大氣條件下加熱，實(shí)現(xiàn)980c 溫度條件下滲碳己經(jīng)比較困難，而對(duì)于1000c的高溫滲碳

12、，更是無(wú)法實(shí)現(xiàn)。但對(duì)于真 空高溫低壓 滲碳而言，其最高溫度可以達(dá)到1300c，實(shí)現(xiàn)高溫滲碳易如反掌。在真空 爐中獲得1.25mm滲碳層,930C需要5h,而1040c滲碳只需2h。2.1.3 真空低壓滲碳熱處理技術(shù)典型應(yīng)用2.1.3.1 汽車(chē)工業(yè)根據(jù)中國(guó)汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2010年中國(guó)汽車(chē)生產(chǎn)量達(dá)到1826.47萬(wàn)輛,再次蟬 聯(lián)全球 第一,其中乘用車(chē)產(chǎn)量達(dá)到1389.71萬(wàn)輛，商用車(chē)產(chǎn)量達(dá)到436.76萬(wàn)輛。汽車(chē) 工業(yè)已經(jīng)成為 中國(guó)經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)。隨著我國(guó)汽車(chē)行業(yè)的迅速發(fā)展，汽車(chē)制造環(huán)節(jié)的節(jié)能、節(jié)材、減排、降耗也越來(lái)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(guó)汽車(chē)工業(yè)健康發(fā)展必須 面對(duì)和

13、解決的重大問(wèn)題。滲碳熱處理可以應(yīng)用于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、傳動(dòng)器、轉(zhuǎn)向機(jī)、傳動(dòng)軸等部件 中所有的傳動(dòng)和耐磨零件，如各種齒輪、軸類(lèi)等的零件，是保證汽車(chē)性能和質(zhì)量的最 關(guān)鍵的熱處理工 序。據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)每年僅各類(lèi)汽車(chē)齒輪滲碳處理量就超過(guò)200萬(wàn)噸。真空低壓滲碳熱處理成套技術(shù)應(yīng)用于汽車(chē)工業(yè)優(yōu)勢(shì)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(qiáng)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(shí)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(shí)具有節(jié)能、節(jié)氣、 環(huán)保等優(yōu)勢(shì)。2.3.2航空航天工業(yè)航空航天工業(yè)零件滲碳生產(chǎn)白特點(diǎn)是多品種、小批最，

14、同時(shí)具有零件形狀復(fù) 雜、滲碳質(zhì)量要求高、大量不銹鋼滲碳等特點(diǎn)。采用真空低壓滲碳設(shè)備可以有效的解決上述問(wèn)趣：z采用真空高溫低壓滲碳后進(jìn)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?xún)?nèi)。z真空高溫低壓滲碳技術(shù)可以實(shí)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(wèn)題 ，必須采用真空高溫低壓滲 碳專(zhuān)用防滲碳技術(shù)。z不銹鋼類(lèi)材料滲碳一直是國(guó)內(nèi)外技術(shù)難題。由于不銹鋼類(lèi)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(diǎn)配

15、合真空低壓滲碳專(zhuān)用工藝，可以有效清除滲碳鈍化膜，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(jìn)行滲碳是必然的 選擇。2.2真空低壓滲碳熱處理裝備在國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況目前國(guó)際上僅有美國(guó)IPSEN公司、法國(guó)ECM公司、德國(guó)ALD公司等國(guó)際知 名公司陸續(xù)開(kāi) 發(fā)出真空高溫低壓滲碳設(shè)備，并成功進(jìn)行了推廣。特別是法國(guó) ECM 公司在此領(lǐng)域上具有優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)形成產(chǎn)業(yè)化。國(guó)際上此技術(shù)的應(yīng)用主要為汽車(chē)行 業(yè)、航空航天行業(yè)、工具行業(yè)等，采用此項(xiàng)技術(shù)后對(duì)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(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。國(guó)內(nèi)目前系統(tǒng)開(kāi)展真空低壓滲碳設(shè)備和工藝研究的只有

16、北京機(jī)電研究所等少數(shù) 幾家單位。北京機(jī)電研究所從20世紀(jì)80年代就開(kāi)始研究真空滲碳設(shè)備和工藝成 套技術(shù),1991年北京機(jī)電研究所開(kāi)展的真空滲碳技術(shù)研究項(xiàng)目獲得原機(jī)械部科技進(jìn) 步二等獎(jiǎng),2009年真空高溫 低壓滲碳設(shè)備獲得國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)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(guó)際先進(jìn)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(jìn)行了推廣 應(yīng)用。3標(biāo)準(zhǔn)制訂的必要性分析由于國(guó)際上僅有美IPSEN公司、法國(guó)ECM公司、德國(guó)ALD公司等國(guó)際知名 公司開(kāi)發(fā)出了真空高溫低壓滲碳設(shè)備，但目前國(guó)際上尚無(wú)通用標(biāo)準(zhǔn)，主要依據(jù)是執(zhí)行 幾大制造商的企

17、業(yè)標(biāo) 準(zhǔn)，其企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容和要求不一致。而在我國(guó)國(guó)內(nèi)也無(wú)此項(xiàng)新 技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)用此對(duì)于國(guó)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(hù)，無(wú)標(biāo)準(zhǔn)可以 規(guī)范，對(duì)此技術(shù)的推廣應(yīng)用十分不利，所以國(guó)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(guó)外幾大設(shè)備制造商的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀和未來(lái)技術(shù)發(fā)展方向，制定 符合中國(guó)國(guó)情的真空低壓滲碳熱處理技術(shù)要求。本項(xiàng)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(dòng)技術(shù)發(fā)展和進(jìn)步，促進(jìn)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(jìn)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)4.2.1 標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容本標(biāo)

18、準(zhǔn)的主要內(nèi)容為真空低壓滲碳淬火設(shè)備要求、工藝及工藝過(guò)程要求、質(zhì)量 控制與檢驗(yàn)、安全衛(wèi)生和環(huán)保要求及附錄經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)等內(nèi)容。4.2.1.1 真空低壓滲碳淬火設(shè)備特點(diǎn)及要求真空低壓滲碳淬火熱處理設(shè)備的突出特點(diǎn)是選擇的多樣性、具有多種用途和先 進(jìn)的滲碳控制系統(tǒng)。1選擇的多樣性用戶(hù)可根據(jù)不同的要求，對(duì)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(gè)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(shí)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

19、淬，以及真 空爐的全部功能（包括真空油淬、真空氣淬、真空退火、真空正火、真空回火、真 空釬焊等，并可以用于對(duì)工業(yè)領(lǐng)域所使用的各類(lèi)材料和零件進(jìn)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，1CU3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(lèi)零件、軸套類(lèi)零件、精密軸承、油泵油嘴機(jī)械件、精密機(jī)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(jìn)的滲碳控制系 統(tǒng)。該系統(tǒng) 使用先進(jìn)的電磁控制閥，啟閉速度快。該系統(tǒng)中包括個(gè)專(zhuān)用的滲碳工藝 模擬專(zhuān)家

20、系統(tǒng)，它可以依據(jù)材料的成分、滲層深度的要求和表面碳濃度的要求，實(shí)現(xiàn)滲碳工藝參數(shù)的自動(dòng)注入和 修改，并對(duì)滲碳溫度、子強(qiáng)滲和子擴(kuò)散時(shí)間、滲碳?xì)怏w 流量和滲碳?jí)毫Φ葷B碳參數(shù)進(jìn)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(shí)監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，顯示設(shè)備當(dāng)前的 實(shí)時(shí)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(dòng)完成。另外，滲碳控制系統(tǒng)還具有密碼保護(hù) 功能、故障自診和監(jiān)控功能、遠(yuǎn)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 225

21、61真 空熱處理、GB/T 10067.1電熱設(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(qiáng)，配有機(jī)械泵、羅茨泵、擴(kuò)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(shí)間內(nèi)抽到規(guī) 定的真空工作壓強(qiáng)。加熱室冷態(tài)極限真空壓強(qiáng)不低于4X0-1Pa抽氣時(shí)間應(yīng)不大于30

22、min。4真空低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/h5真空低壓滲碳淬火爐應(yīng)保證爐溫均勻性不大于i5C ,真空爐的爐溫均勻度的檢驗(yàn)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(jì)應(yīng)符合JB/T 10175然處理質(zhì)量控制要求的規(guī)定，對(duì)設(shè)備及儀表、工藝材料（滲碳富化氣、工藝質(zhì)量與檢驗(yàn)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?xì)?、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(dòng)調(diào)節(jié)、紀(jì)錄和報(bào)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(dú)立的溫度控制系統(tǒng)

23、，對(duì)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(gè)加熱區(qū)至少應(yīng)有兩支熱電偶 ，一支接溫度自 動(dòng)控制 儀表，另一支接溫度指示自動(dòng)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(bào)警功能。5真空低壓滲碳淬火爐溫度測(cè)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(yàn)。6爐子應(yīng)配有系統(tǒng)精度校驗(yàn)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(qiáng)、冷卻水溫度測(cè)量指示儀表滲碳工藝氣氛壓強(qiáng)、流量測(cè)量指示 和控制，冷卻水管壓強(qiáng)、流量測(cè)景指示和控制儀農(nóng)。7真空低壓滲碳淬火爐采用

24、低壓脈沖的方式向爐內(nèi)送入低壓滲碳?xì)?。根?jù)真空 爐有效工作區(qū)尺寸，爐內(nèi)滲碳?xì)鈬娮鞈?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(kāi)啟一組或多組。每組噴嘴配備有各自獨(dú)立的送氣系統(tǒng)，應(yīng)能夠通 過(guò)質(zhì)量流量計(jì)獨(dú)立精確控 制滲碳?xì)馑蜌獾牧髁亢蛪毫?，確保爐內(nèi)氣氛均勻。對(duì)于密 集裝爐條件，滲碳?xì)鈬娮斓脑O(shè)計(jì)應(yīng) 滿足有效工作區(qū)心部滲碳?xì)夥盏挠行Ч┙o，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(guò)濾裝置并定期清理，真空泵應(yīng)定期換油、維護(hù)保養(yǎng)。10真空滲碳淬火爐應(yīng)定期進(jìn)行檢查和維護(hù)，并做好記錄。高壓氣淬室要求:l高壓氣淬室設(shè)計(jì)

25、、制造、檢驗(yàn)、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(dòng)放氣閥、安全保護(hù)閥等裝置；2高壓氣淬室應(yīng)配備淬火冷卻氣氛充入壓強(qiáng)自動(dòng)控制和壓強(qiáng)自動(dòng)補(bǔ)償功能；冷卻攪拌風(fēng)扇轉(zhuǎn)速和攪拌時(shí)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(jì)、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(dú)供水，冷卻水進(jìn)口溫度為 5C35C （對(duì)于特殊要求的水溫不大于27C,應(yīng)配有冷卻水裝置，出水口溫升不應(yīng)超 過(guò)20c （氣淬時(shí)允許短時(shí)超過(guò)；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(bào)警保護(hù)裝置；6高壓氣淬室放氣管路應(yīng)配備消音器；7高壓氣淬室應(yīng)具有

26、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?dú)猓∟2 ,也可用氮?dú)猓ˋr、氫氣（H2、一氧化 碳?xì)猓–O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(duì)于淬火壓力要求大于0.8MPa的儲(chǔ)罐，應(yīng)采用液氮增壓泵+氣化方式達(dá)到儲(chǔ) 罐設(shè)定壓 強(qiáng)。為確保增壓充氣安全，增壓泵與高壓儲(chǔ)罐壓強(qiáng)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(jī)構(gòu)和淬火升降機(jī)構(gòu)。送料機(jī)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(jī)構(gòu)完成工件的入油淬火；2送料機(jī)構(gòu)和淬火機(jī)構(gòu)應(yīng)保證運(yùn)行平穩(wěn)，并保證工件的淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間（應(yīng)符合 JB/T 8195.4規(guī)定；3淬火槽淬火瞬間充入

27、氮?dú)鈺r(shí)，油面壓強(qiáng)應(yīng)能自動(dòng)控制。淬火槽油面壓強(qiáng)推薦8 X04Pa; 4淬火油槽溫度應(yīng)能自動(dòng)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(duì)真空淬火油溫度進(jìn)行控制；5淬火油攪拌速度應(yīng)具備調(diào)節(jié)和自動(dòng)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(jì)和油位安全報(bào)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(jìn)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00.2MPaK冷功能。4.2.1.2 真空低壓滲碳淬火工藝材料滲碳富化氣要求l真空低壓滲碳富化氣為乙快氣（C2H 2

28、時(shí)，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(guò)程壓強(qiáng)調(diào)解用氣體為：高純氮?dú)猓∟2,純度不低于99.996%,并應(yīng)符合 JB/T 7530的相關(guān)規(guī)定。4.2.1.3 真空低壓滲碳淬火工藝及工藝過(guò)程要求l真空低壓滲碳是一種改進(jìn)的氣體滲碳工藝，滲碳時(shí)壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于大氣壓，典型的 壓力范圍是1503000Pa其優(yōu)點(diǎn)是鋼表面保持非常潔凈，因?yàn)闆](méi)有氣體的相互反應(yīng) 真空環(huán)境下碳更快地到達(dá)鋼的表面。滲碳時(shí)羥類(lèi)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?xì)浠衔锏母碑a(chǎn)品被真空泵排 出了系統(tǒng)。目前用來(lái)真空滲 碳的羥類(lèi)氣體是乙快（C2H 2和丙烷（C3H

29、8。在低壓真 空滲碳中，羥類(lèi)氣體的裂解是非平衡反 應(yīng),意味著鋼表面很快能達(dá)到奧氏體中碳的飽 和水平。通過(guò)重復(fù)多個(gè)強(qiáng)滲和擴(kuò)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(kuò)散理論的 奧氏體碳含量飽和值控制法”即整個(gè) 滲碳過(guò)程由數(shù)個(gè)子滲碳程序集合組成，每個(gè)子滲碳程序包括強(qiáng)滲期和擴(kuò)散期兩個(gè)階段。確定子滲碳程序的個(gè)數(shù)和每個(gè)子滲碳程序中強(qiáng)滲期、擴(kuò)散期的時(shí)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(jì)算機(jī)計(jì)算出來(lái)。真空低壓滲碳溫度一般為920c 1050c，工藝氣氛進(jìn)口壓強(qiáng)一般設(shè)定為0.2MPa,并能維持恒定。強(qiáng)滲過(guò)程中富化氣的供給應(yīng)采

30、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(qiáng)，擴(kuò)散過(guò)程可通入適量氮?dú)狻?工件及工裝。入爐工件及工裝夾具應(yīng)進(jìn)行清洗，不應(yīng)有銹斑，不應(yīng)有對(duì)工件、 爐膛產(chǎn)生有害影響的污物、低熔點(diǎn)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(guò)程中發(fā)生共晶反應(yīng)或 粘合,若會(huì)發(fā)生反應(yīng)，可采用A12O3粉隔離。工件畸變要求比較嚴(yán)時(shí)，可設(shè)計(jì)和使用專(zhuān) 門(mén)的工裝夾具或模具。3加熱及保溫。工件入爐后達(dá)到規(guī)定的工作壓強(qiáng)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(duì)變形的要求選 擇不同的加熱速率，一般在700C800c保溫，待工件

31、溫度一致，繼續(xù)升溫到工作溫 度并保溫20min30min后開(kāi)始滲碳。4滲碳和擴(kuò)散。真空低壓滲碳保溫時(shí)間分為：滲碳時(shí)間、擴(kuò)散時(shí)間。滲碳和擴(kuò)散 總時(shí)間可通過(guò)具體實(shí)驗(yàn)，按附錄A公式計(jì)算獲得。滲碳時(shí)間和擴(kuò)散時(shí)間之比主要按 表面碳濃度和濃度梯度來(lái)確定，可參考附錄B相關(guān)數(shù)據(jù)，或根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)獲得。5淬火冷卻高壓氣淬：高壓氣淬時(shí)根據(jù)材料的淬透性通入 5 X05Pa10X105Pa的高純氮?dú)?（或氮?dú)?進(jìn)行淬火，為了減少工件變形，高壓氣淬過(guò)程可以在不同階段通過(guò)選擇不同 的冷卻速度和冷卻時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的分階段冷卻淬火。油淬火:真空淬火油在淬火前應(yīng)充分脫氣并排除水分，必要時(shí)適當(dāng)加熱，使油溫控 制在20c50c范圍

32、內(nèi)。為控制油面壓強(qiáng)，淬火時(shí)應(yīng)充入高純氮?dú)?，并控制在壓?qiáng)為 8M04Pa左右。淬火時(shí)，油槽應(yīng)進(jìn)行攪拌和循環(huán)冷卻。爐冷:按工藝規(guī)定應(yīng)隨爐冷卻時(shí)，冷卻過(guò)程應(yīng)保持真空壓強(qiáng)，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150c出爐，油淬工件出爐后應(yīng)進(jìn)行清洗除油。4.2.1.4 真空低壓滲碳淬火質(zhì)量控制與檢驗(yàn)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(wú)油污、傷痕及銹蝕，其原材料及金相組織應(yīng)符合要 求。(3對(duì)局部滲碳的工件應(yīng)有適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施。(4工件裝夾是應(yīng)避免工件相互接觸。(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

33、期對(duì)溫控表、質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)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(yàn)：(1外觀工件表面應(yīng)光亮、無(wú)裂紋及氧化等缺陷。一般采用目視檢查，必要時(shí)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(yàn)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(yàn)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(jí)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