真空滲碳技術(shù)的應(yīng)用

 摘要：雙室滲碳油淬氣冷真空爐具有效率高、節(jié)能、溫度控制精準(zhǔn)、溫度均勻性好、工藝再現(xiàn)性好等特點(diǎn)。針對(duì)合金鋼、高速鋼、模具，齒輪。山東派金研制的雙室滲碳油淬氣冷真空爐，具有油淬和滲碳兩種功能，該設(shè)備具有結(jié)構(gòu)新穎、性能先進(jìn)、能耗低、安全可靠等特點(diǎn)。

  概述；

 隨著我國(guó)裝備制造業(yè)的迅速發(fā)展，齒輪需求量日益增多。齒輪工作承載大，沖擊力強(qiáng)，要求安全性高。除了具有優(yōu)良耐磨性，還要有較高接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度。同時(shí)具有較高抗沖擊力和抗過(guò)載能力。

近十幾年來(lái)人們對(duì)利用真空系統(tǒng)的滲碳法表現(xiàn)出很大的興趣，低壓滲碳技術(shù)已日趨成熟。低壓滲碳和氣體滲碳相比，不僅可以形成無(wú)氧化物和無(wú)污染物的表面，而且把滲碳和氣淬結(jié)合起來(lái)，改善了零件變形行為，提高了滲碳溫度，減少了間歇式處理的時(shí)間，大大降低了氣體和能量消耗，同時(shí)防止了炭黑的產(chǎn)生

低壓真空滲碳工藝；

1，真空滲碳定義；低壓真空滲碳是一種改進(jìn)的氣體滲碳工藝，滲碳是遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于大氣壓，典型的壓力范圍是300-2500Pa。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)境下碳更快地達(dá)到鋼的表面。

   2，滲碳時(shí)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，而氫和剩余碳?xì)浠衔锏母碑a(chǎn)品被真空泵排除了系統(tǒng)。目前我們采用真空滲碳的羥類氣體是乙炔（C2H2）。

3，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(dá)到奧氏體中的碳飽和水平。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。

4，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)滲碳程序集合組成，每個(gè)滲碳程序包括強(qiáng)滲和擴(kuò)散兩個(gè)階段。確定每個(gè)子滲碳程序的個(gè)數(shù)和每個(gè)滲碳程序包括強(qiáng)滲期、擴(kuò)散期時(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，在建立確定的數(shù)學(xué)模型后，利于計(jì)算機(jī)計(jì)算出來(lái)。

㈣低壓真空滲碳的特點(diǎn)；

1，低壓真空滲碳,可以大幅度降低生產(chǎn)成本和大幅度提高設(shè)備利用率。這是因?yàn)榈蛪赫婵諠B碳的氣氛非常簡(jiǎn)單，強(qiáng)滲期僅需乙炔，擴(kuò)散期僅需氮?dú)?，且壓力非常低，因此使用氣氛的成本顯著降低。另外，由于低壓滲碳設(shè)備和工藝的特點(diǎn)，可進(jìn)行高溫滲碳，所以適當(dāng)提高滲碳溫度，可以大大縮短滲碳時(shí)間。

2，由于低壓真空滲碳的控制系統(tǒng)能夠?qū)B碳工藝進(jìn)行精密控制，因此所處理工件有良好重復(fù)性，且工件變形小，表面光亮，無(wú)需滲碳后再進(jìn)行機(jī)械加工。

3，低壓真空滲碳技術(shù)有更大的靈活性，其設(shè)備可以作為獨(dú)立設(shè)備，也可以與冷加工連成一條生產(chǎn)線。設(shè)備本身既可以是周期式的，適合小批量，多品種的生產(chǎn)情況。也可以是連續(xù)式的 ，有多個(gè)加熱滲碳室，氣淬室油淬室，進(jìn)出料室，真空系統(tǒng)，工件自動(dòng)運(yùn)輸系統(tǒng)等組成，適合大批量生產(chǎn)情況。另外開(kāi)爐，停爐非常簡(jiǎn)單，每爐開(kāi)爐只需半小時(shí)即可進(jìn)入工作狀態(tài)。

4，低壓真空滲碳采用冷壁真空技術(shù)，無(wú)點(diǎn)火裝置，無(wú)失火危險(xiǎn)，無(wú)污染，潔凈，安全，設(shè)備操作簡(jiǎn)單，維修容易。

低壓真空滲碳設(shè)備的特點(diǎn)；

1，用戶可以根據(jù)不同要求對(duì)真空滲碳設(shè)備做出多種選擇；單室，雙室，三室，

2，根據(jù)工件裝載方式不同可選擇；立式，臥式，

3，根據(jù)工件淬火方式不同可選擇；油淬，氣淬

4，根據(jù)處理室功能不同，可以在設(shè)備中選擇預(yù)熱室，滲碳室，淬火室等

5，可以選擇不同有效加熱區(qū)尺寸的爐，對(duì)應(yīng)不同的裝爐量。

6，設(shè)備可以安裝在熱處理車間，也可以與冷加工設(shè)備組成生產(chǎn)線。

7，設(shè)備根據(jù)生產(chǎn)量，可以是周期式真空滲碳設(shè)備，也可以是生產(chǎn)線式真空滲碳設(shè)備。

8，低壓真空滲碳設(shè)備具有多種用途，能靈活地實(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＋氣淬，以及真空爐全部功能。并可以用于對(duì)工業(yè)領(lǐng)域各類材料和零件進(jìn)行相關(guān)熱處理。低壓真空滲碳設(shè)備具有多種用途，能靈活的實(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+氣淬，并可以擁有對(duì)工業(yè)領(lǐng)域所使用的各種材料和零件進(jìn)行相關(guān)的熱處理，如12Cr2NI4A、12CrNi3A等高和金滲碳鋼的滲碳及滲碳后淬火，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(jī)械件、精密機(jī)械零件等得淬火、退火等。

PJ-1266滲碳油淬氣冷真空爐

設(shè)備選用乙炔氣體作為滲碳碳源，可以有效解決選用滲碳甲烷或丙烷時(shí)氣體過(guò)早分解產(chǎn)生炭黑和焦油、滲碳不均勻、無(wú)法對(duì)盲孔 長(zhǎng)孔 小孔進(jìn)行深層滲碳的問(wèn)題。滲碳時(shí)在爐體內(nèi)壁充N¬2作為保護(hù)氣體防止對(duì)爐體造成污染。滲碳時(shí)產(chǎn)生的少量炭黑通過(guò)專門(mén)的過(guò)濾裝置除去，避免了對(duì)環(huán)境和工件表面的污染。               

     齒輪在整個(gè)熱處理技術(shù)中，滲碳處理占有相當(dāng)大的比例。通過(guò)滲碳處理可實(shí)現(xiàn)在提高表面強(qiáng)度、硬度、耐磨、疲勞極限等性能的同時(shí)，還可保持心部的強(qiáng)韌性，使產(chǎn)品具有更高的綜合力學(xué)性能。真空滲碳與普通氣體滲碳相比具有以下特點(diǎn):

1、可在較高溫度（980～1100℃）下進(jìn)行，真空對(duì)工件表面有凈化作用，有利于碳原子被工件表面吸附，因而真空滲碳可加速滲碳過(guò)程。

2、工件在真空條件下滲碳，表面不脫碳，不產(chǎn)生晶界氧化，有助于提高零件的疲勞強(qiáng)度。

3、可直接將甲烷、丙烷或乙炔氣體直接真空爐內(nèi)滲碳，無(wú)須添置氣體制備設(shè)備。

4、對(duì)于有盲孔、深孔、狹縫的零件，或不銹鋼、含硅鋼等普通氣體滲碳效果不好甚至難以滲碳的零件，真空滲碳都可以獲得良好的滲碳層。

5、真空滲碳的耗氣量?jī)H為普通氣體滲碳的幾分之一或十幾分之一。

6、對(duì)環(huán)境基本上無(wú)污染。

低壓滲碳不僅可以形成無(wú)氧化物和無(wú)污染物的表面，而且把滲碳和淬火結(jié)合起來(lái)，減少了零件變形，提高滲碳溫度，減少了間歇式處理的時(shí)間，大大降低了氣體和能量消耗，采用乙炔氣體獨(dú)特?zé)岱纸庾鳛闈B劑防止了炭黑的產(chǎn)生。所處理的工件具有更大的滲碳層深度，滲碳層更加均勻，滲碳質(zhì)量具有良好的重復(fù)性，具有工件變形小、表面光亮，無(wú)需滲碳后在進(jìn)行機(jī)械加工，低壓真空滲碳采用冷壁真空技術(shù)，無(wú)點(diǎn)火裝置，無(wú)失火危險(xiǎn)、無(wú)污染、潔凈。

現(xiàn)將齒輪材料的技術(shù)要求及現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行簡(jiǎn)單敘述

設(shè)備現(xiàn)狀

真空滲碳技術(shù)美國(guó)于1950年進(jìn)行研究，1960年申請(qǐng)專利 ，真空滲碳技術(shù)初見(jiàn)端倪。1972年Hayes Co.發(fā)表了這項(xiàng)技術(shù)，促進(jìn)了真空滲碳技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，美國(guó)、日本等國(guó)競(jìng)相研制和開(kāi)發(fā)真空熱處理爐設(shè)備。

與此同時(shí)，各公司的真空滲碳爐均是以真空淬火為主體的通用型真空爐附加滲碳功能，是冷壁型的。目前這種爐子仍是真空滲碳的主要設(shè)備，生產(chǎn)應(yīng)用較廣。當(dāng)真空滲碳溫度高于600℃時(shí)，丙烷很容易分解為碳、氫和甲烷，這種分解速率非?？?，幾乎瞬間完成，所以當(dāng)丙烷氣進(jìn)入加熱室內(nèi)便開(kāi)始分解，在被加熱工件的附近空間更是傾向于大量分解，致使加熱室內(nèi)極易形成碳黑，而在爐子中相對(duì)溫度較低的部位，如內(nèi)殼或管道內(nèi)，丙烷還形成焦油，對(duì)真空泵組極為有害。

因而真空滲碳爐要求能夠排除或燒掉炭黑，無(wú)論從工藝上或裝備上實(shí)現(xiàn)排除炭黑都是十分必要的。

目前國(guó)內(nèi)大部分采用可控氣氛滲碳技術(shù)，但仍存在其無(wú)法克服的弊端。例如，可控氣氛滲碳無(wú)法解決表面內(nèi)氧化、高溫滲碳層及深層滲碳的問(wèn)題，氣體滲碳也難以對(duì)不銹鋼、含硅鋼進(jìn)行滲碳等等。

低壓真空滲碳作為一全新且成熟的滲碳技術(shù)，在歐洲、美國(guó)、日本等地，已經(jīng)在汽車、機(jī)械 、航空航天等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，呈現(xiàn)出逐漸替代可控氣氛滲碳的趨勢(shì)。尤其是在一些特定領(lǐng)域，更顯示出其卓越的性能，如盲孔類零件的長(zhǎng)型噴油嘴針閥體、銷軸類零件的薄層滲碳等。這些件用一般的可控氣氛滲碳是比較困難的，而真空滲碳卻可輕易的加以解決。

關(guān)于滲碳方式，在低壓真空狀態(tài)下，滲碳方式是通過(guò)數(shù)個(gè)子滲碳程序組成的，包括多個(gè)強(qiáng)滲和子擴(kuò)散，所以此工藝方式又稱脈沖滲碳工藝方式。采取這種滲碳方式可以保證工件邊角不會(huì)產(chǎn)生過(guò)滲，也能夠保證工件表面不會(huì)積碳，形成碳黑。

因?yàn)檎婵諠B碳時(shí)，滲碳件被均勻加熱到滲碳溫度后，才通入滲碳?xì)怏w開(kāi)始滲碳，并在滲碳過(guò)程中采用脈沖滲碳，所以滲碳層深度和表面含碳量都很均勻，滲碳層組織非常優(yōu)異，不存在網(wǎng)狀碳化物和晶間氧化的問(wèn)題。

1、經(jīng)濟(jì)效益和主要經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)：

低壓真空滲碳爐在運(yùn)行成本方面有著很強(qiáng)大得優(yōu)勢(shì)：加熱時(shí)間短、抽真空快速、滲碳?xì)怏w使用量少、淬火效率高、更長(zhǎng)的使用壽命和更低的保養(yǎng)成本，正是由于有著這樣的優(yōu)點(diǎn)，使得設(shè)備在市場(chǎng)上具有較大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。該設(shè)備集真空滲碳和真空淬火于一體，僅一臺(tái)設(shè)備就可實(shí)現(xiàn)客戶的多種工藝要求，深得客戶的青睞。

2、社會(huì)效益：

3、市場(chǎng)預(yù)測(cè)分析及市場(chǎng)營(yíng)銷戰(zhàn)略：

隨著低壓真空滲碳工藝和真空滲碳爐制造技術(shù)的進(jìn)一步提高，真空滲碳的應(yīng)用領(lǐng)域逐步推廣，需要圓形可控氣氛所不可能應(yīng)用和涉及的領(lǐng)域，用真空滲碳工藝及設(shè)備會(huì)很容易加以解決，而在此過(guò)程中低壓真空滲碳工藝及設(shè)備自身也將會(huì)得到長(zhǎng)足的發(fā)展。