可控氣氛滲碳原理

實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔文案大全可控氣氛滲碳原理、工藝及常見問(wèn)題分析滲碳原理1.定義：滲碳是目前機(jī)械制造業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種化學(xué)熱處理方法。它是滲碳介質(zhì)在工件表面產(chǎn)生的活性碳原子，經(jīng)過(guò)表面吸收和擴(kuò)散將碳滲入低碳鋼或低碳合金鋼工件表層，使其達(dá)到共析或略高于共析成份時(shí)的含碳量，以便將工件淬火和低溫回火后，其表層的硬度、強(qiáng)度，特別是疲勞強(qiáng)度和耐磨性較心部都具有顯著的提高，而心部仍保持一定的強(qiáng)度和良好的韌性。2化學(xué)熱處理是將工件放在一定的活性介質(zhì)中加熱，使金屬或非金屬元素?cái)U(kuò)散到工件表層中，改變表面化學(xué)成份的熱處理方法。通過(guò)改變表面化學(xué)成份或隨后的熱處理，可以在同一種材料的工件上使心部和表面獲得不同的組織和性能。譬如，可以在保持工件心部有較高的強(qiáng)韌性的同時(shí)，使其表面獲得高的強(qiáng)度，硬度和耐磨性能。如滲碳，改善零件間抗咬合及提高抗擦傷能力的如滲氮，使工件具有抗氧化、耐高溫和抗蝕性能的如滲鋁，滲鉻，滲硅。3.化學(xué)熱處理的其本過(guò)程：滲劑金屬Ⅰ滲劑金屬Ⅰ滲劑中的反應(yīng)Ⅱ滲劑中的擴(kuò)散Ⅲ相界面反應(yīng)吸附和解吸過(guò)程Ⅳ金屬中的擴(kuò)散Ⅴ金屬中的反應(yīng)奧氏體中碳濃度升高，二次Fe3C析出（冷卻時(shí)）。碳在Me周圍富集，碳與Me間相互作用。由于表面—心部濃度梯度而發(fā)生C的擴(kuò)散2CO←→[C]+CO2滲入組元C，CO；2CO+Fer奧氏體中碳濃度升高，二次Fe3C析出（冷卻時(shí)）。碳在Me周圍富集，碳與Me間相互作用。由于表面—心部濃度梯度而發(fā)生C的擴(kuò)散CO+H2O←→CO2+H2CH4←→[C]+2H2 平衡時(shí)：ac平衡時(shí)：acRM=ac表面t1t1＜t2＜t3＜t4＜t5T—溫度t—時(shí)間P—總壓力Pi—滲劑中組元的分壓力ai—元素的活度Cp—碳勢(shì)Me—金屬RM—滲劑DE-擴(kuò)散元素acRM—滲碳介質(zhì)中碳的活度ac表面—工件表面碳活度活度ac—碳在奧氏體中的相對(duì)濃度碳勢(shì)Cp—表征含碳?xì)夥赵谝欢囟认赂淖冧摷砻婧剂磕芰Φ膮?shù)。3.1第Ⅰ過(guò)程—滲劑中的反應(yīng)，平衡常數(shù)及其與溫度的關(guān)系無(wú)論采用何種滲碳劑，主要滲碳組分應(yīng)均為CO或CH4,產(chǎn)生活性碳原子[C].反應(yīng)式平衡常數(shù)平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系2CO=[C]+CO2K=PCO2/P2COtgK=8720/T-0.901CH4=[C]+H2K=P2H2/PCH4tgK=-4775/T+5.77CO+H2O=CO2+H2K=PCO2PH2/PCOPH2OtgK=1725/T-1.59CO=[C]+1/2O2K=P1/2O2/PCO當(dāng){PCO2/P2CO；P2H2/PCH4；PCO2PH2/PCOPH2O；P1/2O2/PCO}＜K時(shí)，反應(yīng)正向進(jìn)行，反之逆向進(jìn)行。氣氛的碳勢(shì)CP=P2CO/PCO2或PCH4/PH2;PCO/P1/2O2,是用來(lái)度量介質(zhì)活性即提供活性碳原子的能力。與其氣氛組分的分壓即平衡常數(shù)直接有關(guān)，而K有與溫度有密切的關(guān)系。同樣的組分，溫度越高，碳勢(shì)越低。因此，只要控制氣氛的組分的分壓（或體積分?jǐn)?shù)），就可控制反應(yīng)進(jìn)行的方向。不僅保護(hù)工件不氧化，不脫碳而且還可以實(shí)現(xiàn)滲碳。所謂的碳勢(shì)控制就是控制這些爐氣組分間的相對(duì)量。如在RX氣氛中由于燃料氣體（CH4或C3H8）和空氣的比例實(shí)際在一個(gè)很小的范圍內(nèi)變化（2.38或7.14）。所以H2，CO基本不變，分別為20.7%；38.7%或23%；32%。要控制爐氣的碳勢(shì)，只需改變其中的微量組分CO2或H2O的含量即可。因?yàn)楦鶕?jù)水煤氣反應(yīng)，在CO，H2量基本不變的情況的下，CO2或H2O有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，同樣O2也與之有對(duì)應(yīng)關(guān)系?？刂迫我庖粋€(gè)因子的分壓即可達(dá)到控制碳勢(shì)的目的。這也是CO2紅外儀，露點(diǎn)儀，O2探頭控制碳勢(shì)的原理所在。3.2第Ⅱ過(guò)程—滲劑中的擴(kuò)散，滲劑向零件表面擴(kuò)散(傳遞、傳輸)，然后相界面反應(yīng)物（CO2，H2O）從界面逸散（包括解吸的滲劑）。與溫度T，流速有關(guān)。流速與爐壓、氣流方向、排氣口的開啟度，保壓閥的調(diào)整,風(fēng)扇的數(shù)量、位置、馬弗安裝，零件的裝載方式有關(guān)。通過(guò)排氣口加以觀察。（生產(chǎn)中拆卸的保壓閥的安全問(wèn)題，碳黑的清理。舉例：火苗的長(zhǎng)度、顏色—白煙、爆火星）3.3第Ⅲ過(guò)程—相界面反應(yīng)：滲入元素活性原子[C]吸附在零件表面并發(fā)生反應(yīng)。吸附過(guò)程可能是單純的物理吸附。同時(shí)也可能是在吸附原子[C]和金屬M(fèi)e表面原子之間發(fā)生強(qiáng)烈化合的化學(xué)吸附。被吸附的活性介質(zhì)與金屬表面發(fā)生吸附—解吸過(guò)程。3.3.1以CO為氣體滲碳劑時(shí)CO分解過(guò)程的相界面反應(yīng)為例（見前圖）2COCO2+[C]該反應(yīng)的實(shí)質(zhì)就是一個(gè)CO分子從另一個(gè)CO分子中奪取氧原子而生成CO2,同時(shí)析出一個(gè)活性碳原子。這必然要破壞一個(gè)CO分子的C—O鍵而碳和氧之間的結(jié)合力是很強(qiáng)的，如果單靠?jī)蓚€(gè)CO分子間猛烈的碰撞來(lái)破壞C—O鍵，完成上述轉(zhuǎn)化過(guò)程幾乎是不可能。就是說(shuō)，在氣相中進(jìn)行上述反應(yīng)需要很高的激活能，反應(yīng)速度極小。當(dāng)有金屬鐵存在時(shí)，反應(yīng)速度就快很多。顯然，鐵的存在不僅吸收分解出來(lái)的[C],而且促進(jìn)了CO的分解，起催化作用。首先CO與鐵原子發(fā)生吸附，CO被強(qiáng)烈地變形，從而削弱C和O間原有的結(jié)合力，為破壞C—O鍵提供有利條件。其次氣相中的CO分子碰撞在已被吸附在金屬鐵表面的CO分子中的氧原子時(shí)，被吸附而變形的CO分子就很容易地與氣相中CO作用，成為CO2和[C]，吸附的[C]又可進(jìn)一步滲入鐵的晶格中。由此說(shuō)明鐵和CO的化學(xué)吸附是客觀存在的，正因?yàn)槿绱?，鐵對(duì)CO分解的催化作用才能理解。由此可見，吸附作用對(duì)CO分解和[C]的吸收有密切關(guān)系。3.3.2相界面反應(yīng)的三個(gè)階段介質(zhì)活性原子或分子CO被鋼鐵表面吸附，對(duì)于完全潔凈的表面上化學(xué)吸附是瞬間即可完成。相界面反應(yīng)，往往首先在金屬表面發(fā)生還原反應(yīng)，即H2，CO等將金屬表面氧化膜還原（去鈍化作用）從而使表面活化，然后再進(jìn)一步的相界面反應(yīng)使活性原子在表面被吸附。預(yù)氧化的作用就在于使鋼鐵表面活化而提高滲速和層深均勻化。舉金剛例子。分解產(chǎn)物CO2脫離工件作為廢氣排出，同時(shí)活性原子被工件表面吸附并向鋼鐵表面擴(kuò)散?！鶕Q氣系數(shù)的確定—吐故納新，底出料、淺泳出料方式，換氣系數(shù)為0.8左右。3.3.3碳傳遞系數(shù)β——表征滲碳界面反應(yīng)速度的常數(shù)。物理意義為：?jiǎn)挝粫r(shí)間（S）內(nèi)氣氛傳遞到工件表面單位面積的碳量與氣氛碳勢(shì)和工件表面碳含量之間的差值（CP-CS）之比。即Ｊ/（CP-CS）。與滲碳溫度、滲碳介質(zhì)、滲碳?xì)夥盏慕M份有關(guān),舉例肺擴(kuò)量。3.4第Ⅳ過(guò)程金屬中的擴(kuò)散—最重要的過(guò)程，化學(xué)熱處理的關(guān)鍵過(guò)程。3.4.1滲入元素的原子（如碳原子）在基體金屬內(nèi)部的擴(kuò)散，取決于碳在鋼中的擴(kuò)散系數(shù)和濃度梯度。擴(kuò)散系數(shù)D=0.162exp(-16575/T)即D=0.162e-16575/T—舉例血紅蛋白。碳的擴(kuò)散系數(shù)與滲碳溫度，奧氏體碳濃度及合金元素的品種和含量有關(guān)。碳化物形成元素（Cr、Mo、W）降低碳的擴(kuò)散系數(shù)而非碳化物形成元素（Ni、Co）則提高碳的擴(kuò)散系數(shù)；Mn幾乎沒(méi)有影響，而Si卻降低碳的擴(kuò)散系數(shù)。但隨著溫度的變化和合金元素含量的不同其影響是比較復(fù)雜的。3.4.2如果滲碳溫度一定，滲層深度與時(shí)間服從拋物線規(guī)律。即X=802.6τ1/2/10（3720/T）X—滲層深度（mm），τ—時(shí)間（h）：（含擴(kuò)散時(shí)間，不含加熱、降溫時(shí)間），T—絕對(duì)溫度（K）。上式可簡(jiǎn)化為875℃時(shí)，X=0.45r1/2;900℃時(shí)，x=0.54τ1/2，925℃，x=0.63τ1/2.實(shí)際上滲碳時(shí)間τ不僅是與滲碳溫度有關(guān)，還與爐氣碳勢(shì)Cp，合金鋼中合金元素及其含量有關(guān)。。。如在920℃滲碳時(shí)，20CrMnMo鋼X=-0.6149+0.5773τ1/2+0.5747Cp20CrMnTi鋼X=-0.5248+0.5576τ1/2+0.4218Cp通過(guò)計(jì)算如表不同鋼種層深（mm）與滲碳時(shí)間（h）的關(guān)系（920℃Cp=1.16）鋼種滲碳時(shí)間（h）24681020CrMnMo0.871.211.471.681.8720CrMnTi0.751.081.331.541.73滲層差0.120.130.140.140.14可以看出，在同樣滲碳條件下，20CrMnMo鋼的滲層深度均大于20CrMnTi，表現(xiàn)出較快的滲碳速度。因此，離線仿真需設(shè)置溫度、碳勢(shì)、合金系數(shù)，工件有效層深處的碳濃度。滲層深度也可按下式近似計(jì)算d=Kt1/2-D/βd-滲碳深度；K滲碳速度因子；t-滲碳時(shí)間；D-擴(kuò)散系數(shù)；β-碳傳遞系數(shù)其中滲碳速度因子與滲碳溫度、碳勢(shì)成正比，與心部含碳量成反比，與合金元素品種及含量有關(guān)（見3.4.1）日本內(nèi)騰武志最佳滲碳擴(kuò)散時(shí)間方程d=2.382lgT-0.608（1）d—有效層深（mm）（0.35%）d=2.059lgt1+0.151（2）T—總的滲碳時(shí)間（h），T≈t1+t2d=2.662lgt2+0.179（3）t1—強(qiáng)滲時(shí)間（h）t2—擴(kuò)散時(shí)間（h）d（mm）t1（h）t2（h）強(qiáng)擴(kuò)比值T（h）2.29.895.741.72（3/1.7）15.632.07.94.831.64（3/1.8）12.731.75.73.731.53（3/2）9.431.54.523.141.44（3/2.1）7.661.12.892.21.31（3/2.3）5.090.82.071.71.22（3/2.5）3.77由于活性原子向金屬內(nèi)部的擴(kuò)散是在固態(tài)下進(jìn)行的，是最緩慢的一個(gè)環(huán)節(jié)，從而整個(gè)化學(xué)熱處理的速度，決定性地由活性原子向金屬內(nèi)部擴(kuò)散的速度所控制。因此工藝的制定、料盤的布置、分區(qū)的長(zhǎng)短、功率的匹配，滲層濃度梯度的合理等也皆決定性的由此過(guò)程所控制。舉例①雙軌道層深差為0.38mm；②爐內(nèi)料盤數(shù)，舉株齒例子。3.5第Ⅴ過(guò)程—金屬中的反應(yīng)1.[C]在滲入鋼件后形成間隙固溶體（濃度不大時(shí)），即[C]溶解在鐵原子的間隙里，而引起r-Fe的晶格發(fā)生變形和畸變。溶解得越多，晶格變形和畸變?cè)酱?。因而固溶?qiáng)化的效果也越大。此類現(xiàn)象稱為純擴(kuò)散。2.隨著[C]濃度的增加形成碳化物如Fe3C，TiC，Cr７C3,Mn3C,此類現(xiàn)象稱為反應(yīng)擴(kuò)散。而Ni，Al不形成碳化物。此過(guò)程對(duì)不同的鋼鐵材料采取不同的工藝，滿足滲碳金相組織的要求很重要。二滲碳工藝及常見問(wèn)題分析1.預(yù)氧化溫度:480—500℃一般切削油的沸點(diǎn)為250-400℃，此溫度范圍為汽化脫脂。根據(jù)產(chǎn)品顏色判斷溫度范圍。溫度250℃300℃400℃500℃顏色黃銅色發(fā)藍(lán)色紫銅色青銅色560℃以下：3Fe+2O2→Fe3O4Fe3O4+4H2→3[Fe]+4H2O[Fe]初生態(tài)的Fe，分解CO的活性觸媒（前面已講）。560℃以上2Fe+O2→2FeO3Fe＋2O2→Fe3O4，4Fe+3O2→2Fe2O3表層2Fe2O3，次表層為Fe3O4,內(nèi)層為FeO，層厚為10um,被H2還原后，在工件表面形成一層不含合金元素的疏松層。增加了氫還原的時(shí)間，降低工件滲碳速度和表面硬度。預(yù)氧化溫度的控制—熱電偶的位置和加熱元件功率的分布（舉例）。。運(yùn)行方向運(yùn)行方向。。。。。。。。Ⅰ加熱Ⅱ加熱Ⅲ強(qiáng)滲Ⅳ擴(kuò)散Ⅴ降溫 熱電偶雙推盤滲碳爐熱電偶的布置分布熱電偶從爐頂插入，熱電偶端靠近工件，一般在裝料高度（H）頂點(diǎn)以上100—160mm處，在有頂風(fēng)扇的爐區(qū)通常放在風(fēng)扇位置的后側(cè)，即熱電偶應(yīng)放在各區(qū)偏后的位置，可以告訴進(jìn)入下區(qū)前工件的實(shí)際溫度。在加熱區(qū)可以防止工件超溫，在降溫淬火區(qū)放在最后一個(gè)料盤的中間，以便測(cè)出工件淬火前實(shí)際溫度、工件的淬火溫度是應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制的。滲碳工藝：用戶名稱惎江齒輪廠成都天馬軸承工藝介質(zhì)（或氣氛）氮—甲醇+丙酮Rx+天然氣各爐室分區(qū)一區(qū)二區(qū)一區(qū)二區(qū)預(yù)氧化溫度℃460480480490加熱室溫度℃880900920930碳勢(shì)%c--(0.9)※--Rx/N流量M3/h/2.34.0/甲醇流量L/h2.0-強(qiáng)滲室溫度℃920920930930碳勢(shì)%c1.01.01.251.25Rx/N流量M3/h/2.3/2.355甲醇流量L/h2.02.0——擴(kuò)散室溫度℃900930碳勢(shì)%c0.81.15Rx/N流量M3/h/2.36/甲醇流量L/h2.0—降溫室溫度℃850860碳勢(shì)%c0.80.95Rx/N流量M3/h/2.39/甲醇流量L/h2.0—淬火油溫℃6080回火溫度℃170160-170推料周期min1758-60有效硬化層深mmHV15501.15～1.20HV15502.3載氣消耗總流量M3/h22.528主爐膛體積M348.548.5裝爐量（凈重）Kg/盤2002072.1滲碳溫度由于碳在鐵素體中的溶解度極?。ㄗ罡呒s0.025%）而在奧氏體中的溶解度較大（最高為2.%），所以滲碳升至在AC3以上（大約在850～950℃）使鋼在奧氏體狀態(tài)下進(jìn)行。滲碳溫度越高，碳的傳遞速度也就越大，因此加快了整個(gè)滲碳速度過(guò)程和使?jié)B碳濃度梯度趨于平緩。但是溫度也不宜過(guò)高。否則使設(shè)備壽命顯著降低，并使鋼的晶粒粗化和表層的含碳量過(guò)高而生成網(wǎng)狀碳化物和工件變形加大。*加熱溫度一般控制在880～900℃，這樣不至于使加熱區(qū)合閘率太高，影響加熱元件壽命，加熱溫度太高會(huì)使工件尖角處提前滲碳產(chǎn)生層深不均勻和產(chǎn)品變形加大。*滲碳溫度一般控制在910～930℃（含高溫?cái)U(kuò)散）*淬火溫度一般控制在840～860℃左右，使工件心部有良好的組織和合適的硬度，減少工件的淬火變形。2.2碳勢(shì)碳勢(shì)是表征含碳?xì)夥赵谝欢囟认赂淖冧摷砻婧剂康哪芰Φ膮?shù)。以低碳鋼箔在某一溫度下的平衡含碳量來(lái)表征爐氣在該溫度下的碳勢(shì)，并修正儀表。爐內(nèi)碳勢(shì)的高低對(duì)滲層厚度、深層表面含碳量，以及碳濃度梯度有很大的影響，爐內(nèi)碳勢(shì)越高，則滲速越快，滲層越厚。滲層含碳量越高，碳濃度梯度越陡。然而，當(dāng)爐內(nèi)的碳勢(shì)高于滲層表面的吸碳能力時(shí)，極易在表面形成碳黑，反而使?jié)B速減慢，滲層減薄。分段控制碳勢(shì)法能有效地防止碳黑的產(chǎn)生，使碳濃度梯度變得平緩。滲層表面碳濃度適當(dāng)和較快滲速的綜合效果。所謂分段控制法就是把滲碳整個(gè)過(guò)程分為幾段（在連續(xù)爐中分成強(qiáng)滲、擴(kuò)散、降溫區(qū)）在不同區(qū)采用不同的碳勢(shì)。例如強(qiáng)滲區(qū)由于工件有極大的吸碳能力和為了盡快地形成較高的濃度梯度，利于擴(kuò)散的進(jìn)行。通常盡可能采用較高的碳勢(shì)（以碳黑極限為限）。進(jìn)入擴(kuò)散區(qū)后表面已形成較高的濃度梯度和一定層深，工件吸碳能力減慢，這時(shí)應(yīng)將爐內(nèi)碳勢(shì)適當(dāng)降低。在降溫區(qū)，可以進(jìn)一步降低爐內(nèi)碳勢(shì)，以達(dá)到工藝要求的濃度梯度和表層碳濃度及金相組織要求（見前述工藝）碳黑極限表880℃1.117%C910℃1.217%C925℃1.268%C900℃1.184%C920℃1.251%C930℃1.285%C2.3保溫時(shí)間前面已講碳在鋼中的擴(kuò)散及擴(kuò)散層深度是溫度和時(shí)間的函數(shù)。滲速隨著滲碳時(shí)間的延長(zhǎng)而減慢。工藝上采取分段（區(qū)）控制就是應(yīng)用這個(gè)道理。再介紹一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式作為估算用。δ=（0.1～0.2）tδ—滲層厚度（mm）t—滲碳時(shí)間（h）δ＜1mm，系數(shù)?。?.15～0.2）；δ＞1mm，系數(shù)?。?.1～0.15）；舉例：如δ=2.2mm，t=2.2/0.15=14.6h，與前表相符。2.4爐內(nèi)壓力爐壓大小明顯地影響爐內(nèi)各種化學(xué)反應(yīng)的速度。降低爐壓有利于烷類、烯類的分解就有利于提高碳勢(shì)，但不利于碳的吸收和溶解。而且爐壓過(guò)小即不利于廢氣的排除，吐故納新，又易使空氣進(jìn)入爐內(nèi)，對(duì)爐內(nèi)的氣密性要求更嚴(yán)。因此一般爐壓維持在10～30mm水柱（100～300Pa）。2.5換氣系數(shù)與介質(zhì)的流量2.5.1一般周期爐換氣系數(shù)為爐膛充氣容積的5～8倍，而連續(xù)爐一般為2～3倍，容積大取下限反之取上限。連續(xù)爐設(shè)置前后室是為了在周期地進(jìn)出料過(guò)程中防止或減少空氣進(jìn)入爐室而干擾爐內(nèi)氣氛，防止熱后工件被氧化。前后門打開時(shí)總有部分空氣進(jìn)入前后室甚至通過(guò)內(nèi)爐門進(jìn)入爐內(nèi)，這些空氣會(huì)引起爐內(nèi)周期性地出現(xiàn)負(fù)壓（開關(guān)內(nèi)爐門室內(nèi)氣體膨脹冷縮及熱后零件入油引起），碳勢(shì)波動(dòng)現(xiàn)象。碳勢(shì)失控時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)影響滲碳效果和產(chǎn)品金相組織。前后室的凈空間愈大，外門敞開時(shí)間越長(zhǎng)，敞開高度越高會(huì)造成爐內(nèi)負(fù)壓及氣氛波動(dòng)越大。影響時(shí)間也越長(zhǎng)。需要增加供氣量和調(diào)節(jié)火簾高度來(lái)解決。故有資料介紹氣體耗量決定與前室和后室的容積和推料周期而與爐膛的尺寸關(guān)系較小。其耗量據(jù)下式計(jì)算：氣體耗量=[（v1+V2）×(3～5)]/0.5T（m3/h）V1和V2分別為前后室容積（m3）T為推料周期因愛(ài)協(xié)林推盤爐潛泳出料可認(rèn)為無(wú)后室，故V2=0，V1≈1m3當(dāng)推料周期為17分鐘（見綦江工藝）可計(jì)算：氣耗量=（0+1）×3÷0.5×17÷60≈21.5m3/h與實(shí)耗22.5m3/h非常接近。而同類爐型有前后室且爐門為翻板門，則耗量氣為45m3/h，可說(shuō)明愛(ài)協(xié)林雙推盤爐省氣的原因所在。故愛(ài)協(xié)林雙推爐換氣系數(shù)為0.5-0.8。2.5.2載氣和富化氣1.載氣又稱為稀釋氣，包括Rx氣、氮甲醇?xì)夥盏取Ｆ渥饔檬潜３譅t膛正壓，防止空氣滲入。二是用來(lái)稀釋富化氣，使之分布均勻；清潔，還原工件表面；輸送、傳遞滲碳活性介質(zhì)。Rx氣與氮甲醇?xì)夥盏臍怏w成份（體積分?jǐn)?shù)%）原料氣混合比CO2H2OCH4COH2N2天然氣2.380.30.60.820.938.7余量丙烷7.140.30.60.424.033.439.8氮甲醇1：1.10.4—0.320.140余量天然氣、丙烷的混合比是指空氣：原料氣氮甲醇混合比是指：1L/h液體甲醇：1.1m3/N2（見綦江例子）40%N2+60%甲醇裂解氣（20%CO，40%H2）為最佳組分即CO為20%。1L/h液體甲醇為1.66m3/h甲醇?xì)怏w，故1.66/1.1=1.5符合上述組分比例。當(dāng)N2或液體甲醇其中一個(gè)的流量發(fā)生變化時(shí)另一個(gè)按比例跟著變化以保持CO和H２體積分?jǐn)?shù)的穩(wěn)定。根據(jù)前述水煤氣反應(yīng)方程式只有CO和H2的體積分?jǐn)?shù)穩(wěn)定，碳勢(shì)才能穩(wěn)定且CO＜15%時(shí)滲碳速度非常慢。舉南高齒例子。*吸熱式發(fā)生爐的零壓閥的調(diào)整非常重要，壓力相等流量才能成比例。富化氣：其作用是供給滲碳時(shí)所需的碳原子和調(diào)節(jié)氣氛的碳勢(shì)，一般采用天然氣（CH4）、C3H8等作為富化氣，也可采用丙酮、醋酸乙脂直接滴入工作爐內(nèi)產(chǎn)生富化氣。富化氣的通入量必須加以正確的控制。在加熱段由于溫度還低且不均勻，鋼的吸碳能力很小。為避免碳黑產(chǎn)生和局部尖角處先滲碳而產(chǎn)生滲層不均勻。這一段不需要添加富化氣。（加熱2區(qū)可進(jìn)行碳勢(shì)檢視或設(shè)置定碳孔）。對(duì)于周期爐，在一爐工件滲碳過(guò)程的不同時(shí)期變化富化氣的通入量。對(duì)于連續(xù)爐則對(duì)不同區(qū)域通入不同的富化氣。（現(xiàn)在都通過(guò)碳勢(shì)控制加以調(diào)整）。富化氣的流量一般要通過(guò)工藝實(shí)驗(yàn)確定。當(dāng)溫度、材料一定時(shí)，富化氣的流量與工件表面積有關(guān)。舉金剛例子。Rx氣氛：富化氣CH4（天然氣）可按載氣流量的10%，C3H8按載氣流量的3%計(jì)算。氮-甲醇?xì)夥眨罕匆簯B(tài)甲醇流量的7-12%計(jì)算，吸碳面積大時(shí)按上限。不能按技術(shù)協(xié)議的參數(shù)照搬。吸熱式氣氛和氮甲醇?xì)夥占痈换瘹獾臐B碳反應(yīng)Rx氣添加CH4先有下述反應(yīng)：CH4+CO2←→2CO+2H2CH4+H2O←→CO+3H2多余的CH4才按CH4←→[C]+2H2進(jìn)行分解。按熱力學(xué)計(jì)算CH4析碳能力比CO的析碳能力大近100倍，但一般認(rèn)為CH4的直接滲碳作用小而它的作用是間接的，主要表現(xiàn)它能降低CO2和H2O、O2的含量。構(gòu)成爐氣滲碳反應(yīng)的主要環(huán)節(jié)是CO參加的如下反應(yīng)：2CO←→[C]+CO2,Rx氣添加C3H8有下述反應(yīng)：C3H8←→3[C]+4H2C3H8+3CO2←→6CO+4H2由于生成活性碳并且CO2還原生成CO二者均使?fàn)t氣碳勢(shì)得到提高丙酮裂解反應(yīng)：CH3COCH3←→CO+3H2+2[C]由于[C]的產(chǎn)生，提高了爐氣的碳勢(shì)。2.6淬火油溫和攪拌2.6.1冷油如好富頓Ｇ油、K油、油溫一般控制在60～80℃；熱油如好富頓分級(jí)等溫淬火油355、2565，油溫一般控制在120～160℃.舉例王麻子菜刀。在油溫允許范圍內(nèi)適當(dāng)提高油溫可以降低油的粘度，從而使油的冷卻能力稍有提高。油溫過(guò)高，因而工件的溫差變小，又會(huì)使油的冷卻能力有所下降。油溫高，油的氧化變質(zhì)快，淬火油冷卻系統(tǒng)要保持良好的狀態(tài)，使淬火油的溫度穩(wěn)定在要求范圍內(nèi)。油溫太低，油粘度上升反而使油冷卻能力下降，油的損耗加大。2.6.2淬火油的攪拌良好的攪拌可避免局部油溫過(guò)高，使槽中各部分的油溫趨于均勻。攪動(dòng)能提高工件和淬火油之間的相對(duì)流速，從而提高油的冷卻能力。淬火烈度（H）值。攪拌速度一般為0.25m/s,不宜大于1m/s,螺栓漿的轉(zhuǎn)速一般在100～450r/min，超過(guò)450r/min就可能混入空氣。油的流量1200～3000m3/h。一般程序?yàn)楣ぜ胗秃笱舆t1～10秒鐘再攪拌，防止齒輪齒根因淬火油被夾持而造成齒根冷卻不夠，隨后快攪1分鐘650r/min再慢攪350～450r/min，油冷6～8分鐘，瀝油5～10分鐘。熱油淬火時(shí)，工件淬火造成槽內(nèi)油溫上升應(yīng)控制在20℃范圍內(nèi)。2.7滲碳后的熱處理直接淬火后，對(duì)于本質(zhì)細(xì)晶粒鋼的滲碳件，晶粒不易長(zhǎng)大，因此滲碳后可將零件預(yù)冷至略高于Ar3的溫度后淬火，這樣可以降低淬火溫度，減少工件變形，由奧氏體中部分析出二次滲碳體減少淬火后表層殘奧量，提高表層硬度。經(jīng)150～200℃回火后，回火時(shí)間不少于1.5小時(shí)。組織為表層為回火馬氏體+殘奧+部分二次滲碳體（合金碳化物）；心部為低碳回火馬氏體。一次淬火法，將零件滲碳后緩冷，中冷或淬火，然后再重新加熱淬火，再加熱溫度Ac3溫度淬火，可以細(xì)化晶粒，經(jīng)150～200℃回火后，表層為回火馬氏體+殘奧，心部為低碳回火馬氏體。如柳工、石金剛線。3.汽車滲碳齒輪的質(zhì)量指標(biāo)及其控制方法3.1控制表面非馬組織非馬組織是滲碳介質(zhì)中的氧向鋼內(nèi)擴(kuò)散，在晶界上形成Cr、Mn、Ti、Si等元素的氧化物，使得晶界處合金元素貧化，造成局部滲透性下降出現(xiàn)了黑色的屈氏體組織。經(jīng)研究，若非馬大于13um的門檻值，彎曲疲勞下降20～25%，因此規(guī)定非馬組織≤0.02mm。在Rx氣氛滲碳時(shí)為達(dá)到1.2mm層深通常伴隨約25um非馬組織。在爐內(nèi)停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，內(nèi)氧化深度X（um）與處理時(shí)間t（h）的平方根成正比。X=（Kp.t）1/2Kp=49um2/h化學(xué)成份對(duì)非馬的影響—總氧化勢(shì)方程TOP=4.87×Si%+3.7×Mn%+1.47×Cr%-3.2×Ni%-1.8×Mo%Si是影響鋼在滲碳內(nèi)氧化的主要內(nèi)在因素。當(dāng)在滲碳后期碳勢(shì)過(guò)低。出爐時(shí)在空氣中停留過(guò)長(zhǎng)，滲劑中的含水量，爐子密封不嚴(yán)（奇瑞例子），淬火油的冷卻能力不夠，攪拌能力不夠（寶法例子）、工件放得太密集，工件上有氧化皮或銹斑等。解決方法：在強(qiáng)滲階段，在不產(chǎn)生碳黑的情況下盡可能提高氣氛碳勢(shì)，在高的Cp下可顯著減少內(nèi)氧化并縮短滲碳時(shí)間。開啟爐門后加大排氣。提高淬火油冷卻能力和攪拌能力；另外可在降溫結(jié)束前5～10分鐘向爐內(nèi)通入0.3m3/h的NH3對(duì)滲層進(jìn)行氮補(bǔ)充合金化，提高滲層淬透性和淬硬性?？刂芐i，Mn含量。3.2表面含碳量及碳濃度梯度的控制最佳含碳量應(yīng)是不產(chǎn)生過(guò)多的殘余奧氏體，以保證最大的耐點(diǎn)蝕性能（抗接觸疲勞），同時(shí)保證獲得最大的表面硬度而不形成網(wǎng)狀碳化物。這個(gè)最佳含碳量依鋼種不同而為0.6%～0.9%。一般應(yīng)在保證獲得最大表面硬度的前提下盡量降低表面含碳量。20CrMnTi為0.9%；8260H為0.7%。通過(guò)剝層，直讀光譜和金相組織可以計(jì)量判定碳濃度。深層理想的碳濃度分布如圖，采用三點(diǎn)控制：Xk=0.4x(mm)Ck=Cs-0.1%Xk=0.4x(mm)Ck=Cs-0.1%3.3馬氏體的控制因?yàn)轳R氏體的形成首先貫穿奧氏體的晶粒，所以馬氏體針狀大小是與奧氏體晶粒大小密切相關(guān)，從工藝上講，如