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提高氣體滲碳熱處理爐滲碳速度探索

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人氣:-發(fā)表時(shí)間:2015-08-19 09:00【

在整個(gè)氣體滲碳熱處理過(guò)程中,工件表面的碳勢是隨著(zhù)滲碳時(shí)間的延長(cháng)而不斷提高,并不斷地趨近氣相碳勢,但始終不等于氣相碳勢。因此,青島豐東熱處理有限公司探索了提高滲碳速度的工藝, 收到了較滿(mǎn)意的經(jīng)濟效果。

一.氣體滲碳過(guò)程中碳的傳遞與擴散

長(cháng)期以來(lái),有些人假設氣體滲碳一經(jīng)開(kāi)始,工件表面的碳勢就立刻與爐內氣氛碳勢相等,而且在整個(gè)滲碳過(guò)程中維持不變 這與事實(shí)并不相符。它束縛我們的思路,是長(cháng)期來(lái)滲碳速度緩熳的根源?,F在一 般認為,工件表面的碳勢并不等于爐內氣相碳勢,在整個(gè)氣體滲碳過(guò)程中,工件表面的碳勢隨著(zhù)滲碳時(shí)間的延長(cháng)而不斷提高,并不斷地趨近氣相碳勢,但始終不等于氣相碳勢。氣相碳勢與工件表面碳勢之差是碳從氣相介質(zhì)過(guò)渡到工件表面的驅動(dòng)力。

二、氣體滲碳速度慢的原因分析

氣體滲碳速度慢的主要原因是:不敢使氣相碳勢高出工件表面技術(shù)上要求的碳濃度所對應的碳勢,即使有所高出,其幅度也不大,總認為氣相碳勢保持與工件表面碳濃度相當為宜。氣相碳勢不高,表面碳濃度也不高,且其上升緩慢,碳向工件內部擴散遷移就慢,滲碳速度當然就慢。

三、提高氣體滲碳速度的工藝實(shí)施

要提高氣體滲碳速度,首先要從概念上更新,對擴散第二定律(在半無(wú)限大物體中)微分方程的邊界條件要進(jìn)行修正,氣體滲碳熱處理的碳傳遞模型要進(jìn)行修正,通過(guò)較大幅度提高氣相碳勢,可以達到提高滲碳速度之目的。幾年來(lái),我們經(jīng)過(guò)上百次的生產(chǎn)性探索試驗, 積累了一些經(jīng)驗?,F以20CrMnTi鋼為例,介紹一下這方面的工藝。

20CrMnTi鋼滲速較快的氣體滲碳工藝

20CrMnTi鋼滲速較快的氣體滲碳工藝

這個(gè)工藝與原工藝的主要區別有三點(diǎn):

第一點(diǎn):升溫、保溫階段用大滴量酒精(180滴/分,大約合6毫升/分鐘)代替煤油,一是可以防止阻礙滲碳的炭黑和焦油的產(chǎn)生,二是同體積的酒精產(chǎn)氣量比煤油大一倍(在標態(tài)下,每毫升產(chǎn)氣量:煤油0.75升,酒精1.55升) 大量酒精分解氣體可迅速排除熱處理爐內不利于滲碳的空氣,又可沖刷工件表面,使其潔凈,處于活化狀態(tài),提高吸附活性碳原子能力,為提高滲碳速度作好必要的準備。

第二點(diǎn):排氣階段用煤油,使爐內迅速達到要求的滲碳氣氛。滲碳階段用作滲碳劑的煤油,由常規的80~90滴/分鐘(2.5~ 3毫升/分鐘)提高到130滴/分鐘,以迅速提高爐內氣相碳勢。氣相中碳原子傳遞到工件表面的驅動(dòng)力增大.可以在短時(shí)間內,使工件表面碳濃度迅速提高,這就加決了滲碳熱處理速度。這好比自來(lái)水塔,塔身越高,壓力越大,流水速度就越快.同體積盛水缸在較短時(shí)間內就可充滿(mǎn)。

第三點(diǎn):增加降溫、擴散階段。由于煤油滴量增大,滲速固然很快,但表面碳濃度較高, 一般情況下是不希望的。為了解決這一問(wèn)題,增加降溫,擴散階段是必要的 其目的是:一方面,通過(guò)繼續向內層擴散, 降低表面碳濃度,增加滲碳層深度,使其達到技術(shù)要求。剝層分析表明,滲碳層表面碳濃度可以控制在0.85~1.05 %之間。另一方面,如果不降溫擴散,奧氏體含碳量太高,馬氏體開(kāi)始轉變點(diǎn)MS和轉變結束點(diǎn)Mt就向低溫方向移動(dòng),熱處理淬火后保留大量殘余奧氏體,硬度低,一般在HRC4055之間,沒(méi)有達到工件滲碳淬火獲得表面高硬度目的。為此,必須降溫擴散,使過(guò)量的碳化物從奧氏體中析出,使其含碳量和合金元素濃度下降,使Ms、MI提高。這樣淬火冷卻時(shí)奧氏體轉變成馬氏體所需自由能降低,未轉變的殘余奧氏體就少,使工件硬度達到HRC60以上(淬優(yōu)質(zhì)富頓K油比淬HJ20機油硬度還要高3~6HRC) 第三方面,降溫擴散階段為滲碳后直接淬火冷卻創(chuàng )造了必要條件。這對批量生產(chǎn)簡(jiǎn)化熱處理操作,縮短生產(chǎn)工期,節省電能,減少工件熱處理變形,提高產(chǎn)品質(zhì)量都大有好處。

四、結論

1、常用滲碳鋼20CrMnTi,要求滲碳層深度1.0~1.4mm(或0.9~1.3mm),應用上述工藝,滲碳階段只需2.5小時(shí)(或2小時(shí)),降溫擴散需3小時(shí),滲期共5.5小時(shí),整個(gè)滲碳周期約9小時(shí)。過(guò)去我們按傳統工藝干,滲期需要8~l0小時(shí),整個(gè)滲碳周期需12小時(shí)以上。兩者對比,本工藝節時(shí)25% 以上(即滲碳速度提高25% 以上)。

2、采用新工藝,產(chǎn)品熱處理質(zhì)量有所提高。本工藝滲層深度可達中、上限,接觸疲勞強度可望提高,滲層中碳化物顆粒細小彌散。硬度大于HRCS0,耐磨性可望增加。由于滲碳熱處理后降溫擴散直接淬火,避免滲碳后高溫空冷和第二次加熱淬火而產(chǎn)生的表層微氧化脫碳,因而可提高表面壓應力,可望有較高接觸疲勞和彎曲疲勞強度,提高另件服役壽命。

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