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          真空滲碳技術的應用

           摘要:雙室滲碳油淬氣冷真空爐具有效率高、節能、溫度控制精準、溫度均勻性好、工藝再現性好等特點。針對合金鋼、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,該設備具有結構新穎、性能先進、能耗低、安全可靠等特點。

            概述;

           隨著我國裝備制造業的迅速發展,齒輪需求量日益增多。齒輪工作承載大,沖擊力強,要求安全性高。除了具有優良耐磨性,還要有較高接觸疲勞強度和彎曲疲勞強度。同時具有較高抗沖擊力和抗過載能力。

          近十幾年來人們對利用真空系統的滲碳法表現出很大的興趣,低壓滲碳技術已日趨成熟。低壓滲碳和氣體滲碳相比,不僅可以形成無氧化物和無污染物的表面,而且把滲碳和氣淬結合起來,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間,大大降低了氣體和能量消耗,同時防止了炭黑的產生

          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的氣體滲碳工藝,滲碳是遠遠低于大氣壓,典型的壓力范圍是300-2500Pa。其優點是鋼表面保持非常潔凈,因為沒有氣體的相互反應,真空環境下碳更快地達到鋼的表面。

             2,滲碳時羥類氣體被引入滲碳室,裂解產生了活性碳原子,它們自由地滲入鋼的表面,而氫和剩余碳氫化合物的副產品被真空泵排除了系統。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,意味著鋼表面很快能達到奧氏體中的碳飽和水平。通過重復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。

          4,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個滲碳程序集合組成,每個滲碳程序包括強滲和擴散兩個階段。確定每個子滲碳程序的個數和每個滲碳程序包括強滲期、擴散期時間需要依據材料的成分、滲層深度的要求和表面碳濃度的要求,在建立確定的數學模型后,利于計算機計算出來。

          ㈣低壓真空滲碳的特點;

          1,低壓真空滲碳,可以大幅度降低生產成本和大幅度提高設備利用率。這是因為低壓真空滲碳的氣氛非常簡單,強滲期僅需乙炔,擴散期僅需氮氣,且壓力非常低,因此使用氣氛的成本顯著降低。另外,由于低壓滲碳設備和工藝的特點,可進行高溫滲碳,所以適當提高滲碳溫度,可以大大縮短滲碳時間。

          2,由于低壓真空滲碳的控制系統能夠對滲碳工藝進行精密控制,因此所處理工件有良好重復性,且工件變形小,表面光亮,無需滲碳后再進行機械加工。

          3,低壓真空滲碳技術有更大的靈活性,其設備可以作為獨立設備,也可以與冷加工連成一條生產線。設備本身既可以是周期式的,適合小批量,多品種的生產情況。也可以是連續式的 ,有多個加熱滲碳室,氣淬室油淬室,進出料室,真空系統,工件自動運輸系統等組成,適合大批量生產情況。另外開爐,停爐非常簡單,每爐開爐只需半小時即可進入工作狀態。

          4,低壓真空滲碳采用冷壁真空技術,無點火裝置,無失火危險,無污染,潔凈,安全,設備操作簡單,維修容易。

          低壓真空滲碳設備的特點;

          1,用戶可以根據不同要求對真空滲碳設備做出多種選擇;單室,雙室,三室,

          2,根據工件裝載方式不同可選擇;立式,臥式,

          3,根據工件淬火方式不同可選擇;油淬,氣淬

          4,根據處理室功能不同,可以在設備中選擇預熱室,滲碳室,淬火室等

          5,可以選擇不同有效加熱區尺寸的爐,對應不同的裝爐量。

          6,設備可以安裝在熱處理車間,也可以與冷加工設備組成生產線。

          7,設備根據生產量,可以是周期式真空滲碳設備,也可以是生產線式真空滲碳設備。

          8,低壓真空滲碳設備具有多種用途,能靈活地實現多種熱處理工藝,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。并可以用于對工業領域各類材料和零件進行相關熱處理。低壓真空滲碳設備具有多種用途,能靈活的實現多種熱處理工藝,如真空滲碳、真空碳氮共滲、真空滲碳+油淬+氣淬,并可以擁有對工業領域所使用的各種材料和零件進行相關的熱處理,如12Cr2NI4A、12CrNi3A等高和金滲碳鋼的滲碳及滲碳后淬火,20CrMnTi等結構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、精密機械零件等得淬火、退火等。

          PJ-1266滲碳油淬氣冷真空爐

          設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氣體過早分解產生炭黑和焦油、滲碳不均勻、無法對盲孔 長孔 小孔進行深層滲碳的問題。滲碳時在爐體內壁充N¬2作為保護氣體防止對爐體造成污染。滲碳時產生的少量炭黑通過專門的過濾裝置除去,避免了對環境和工件表面的污染。               

               齒輪在整個熱處理技術中,滲碳處理占有相當大的比例。通過滲碳處理可實現在提高表面強度、硬度、耐磨、疲勞極限等性能的同時,還可保持心部的強韌性,使產品具有更高的綜合力學性能。真空滲碳與普通氣體滲碳相比具有以下特點:

          1、可在較高溫度(980~1100℃)下進行,真空對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程。

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

          3、可直接將甲烷、丙烷或乙炔氣體直接真空爐內滲碳,無須添置氣體制備設備。

          4、對于有盲孔、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、真空滲碳的耗氣量僅為普通氣體滲碳的幾分之一或十幾分之一。

          6、對環境基本上無污染。

          低壓滲碳不僅可以形成無氧化物和無污染物的表面,而且把滲碳和淬火結合起來,減少了零件變形,提高滲碳溫度,減少了間歇式處理的時間,大大降低了氣體和能量消耗,采用乙炔氣體獨特熱分解作為滲劑防止了炭黑的產生。所處理的工件具有更大的滲碳層深度,滲碳層更加均勻,滲碳質量具有良好的重復性,具有工件變形小、表面光亮,無需滲碳后在進行機械加工,低壓真空滲碳采用冷壁真空技術,無點火裝置,無失火危險、無污染、潔凈。

          現將齒輪材料的技術要求及現場進行簡單敘述

          設備現狀

          真空滲碳技術美國于1950年進行研究,1960年申請專利 ,真空滲碳技術初見端倪。1972年Hayes Co.發表了這項技術,促進了真空滲碳技術的應用和發展,美國、日本等國競相研制和開發真空熱處理爐設備。

          與此同時,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備,生產應用較廣。當真空滲碳溫度高于600℃時,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,所以當丙烷氣進入加熱室內便開始分解,在被加熱工件的附近空間更是傾向于大量分解,致使加熱室內極易形成碳黑,而在爐子中相對溫度較低的部位,如內殼或管道內,丙烷還形成焦油,對真空泵組極為有害。

          因而真空滲碳爐要求能夠排除或燒掉炭黑,無論從工藝上或裝備上實現排除炭黑都是十分必要的。

          目前國內大部分采用可控氣氛滲碳技術,但仍存在其無法克服的弊端。例如,可控氣氛滲碳無法解決表面內氧化、高溫滲碳層及深層滲碳的問題,氣體滲碳也難以對不銹鋼、含硅鋼進行滲碳等等。

          低壓真空滲碳作為一全新且成熟的滲碳技術,在歐洲、美國、日本等地,已經在汽車、機械 、航空航天等領域獲得了廣泛的應用,呈現出逐漸替代可控氣氛滲碳的趨勢。尤其是在一些特定領域,更顯示出其卓越的性能,如盲孔類零件的長型噴油嘴針閥體、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。

          關于滲碳方式,在低壓真空狀態下,滲碳方式是通過數個子滲碳程序組成的,包括多個強滲和子擴散,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產生過滲,也能夠保證工件表面不會積碳,形成碳黑。

          因為真空滲碳時,滲碳件被均勻加熱到滲碳溫度后,才通入滲碳氣體開始滲碳,并在滲碳過程中采用脈沖滲碳,所以滲碳層深度和表面含碳量都很均勻,滲碳層組織非常優異,不存在網狀碳化物和晶間氧化的問題。

          1、經濟效益和主要經濟效益指標:

          低壓真空滲碳爐在運行成本方面有著很強大得優勢:加熱時間短、抽真空快速、滲碳氣體使用量少、淬火效率高、更長的使用壽命和更低的保養成本,正是由于有著這樣的優點,使得設備在市場上具有較大的競爭優勢。該設備集真空滲碳和真空淬火于一體,僅一臺設備就可實現客戶的多種工藝要求,深得客戶的青睞。

          2、社會效益:

          3、市場預測分析及市場營銷戰略:

          隨著低壓真空滲碳工藝和真空滲碳爐制造技術的進一步提高,真空滲碳的應用領域逐步推廣,需要圓形可控氣氛所不可能應用和涉及的領域,用真空滲碳工藝及設備會很容易加以解決,而在此過程中低壓真空滲碳工藝及設備自身也將會得到長足的發展。

           







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