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可控气氛渗碳内氧化问题分析及预防措施
  • 时间:2020-06-10 14:59:23    点击:
可控气氛渗碳内氧化问题分析及预防措施 (1)高的渗碳温度 提高渗碳温度,降低渗碳工艺时间,是控制内氧化的有效方法。20CrMnTi钢渗碳温度可以到930℃。 对于多用炉和井式炉,如果炉子保温性能特别好的,浅层渗碳(渗层深度≤0.6mm)时提高渗碳温度并不能降低渗碳过程时间,因为提高渗碳温度会增加升温和降温时间,特别是降温时间会大幅增加。一个智能渗碳模拟控制软件是必要的,它可以模拟出整个渗碳过程,从而编制出最合理的渗碳工艺。 对于推杆式连续炉,提高强渗和扩散区温度,缩短节拍,可以有效降低内氧化。不过需兼顾降温区零件要降到淬火温度并均温。 (2)高碳势 炉内气氛碳势和氧分压成反比关系,碳势越高则氧分压越低。高的碳势会大大降低内氧化的动力。编制工艺时,无论是升温阶段还是强渗阶段,都应该尽量采用高碳势。高碳势同样可以缩短工艺时间,也可以降低内氧化。有一个温度碳势炭黑析出点曲线,将强渗碳势设置到炭黑析出点的95%,既可以保证高碳势,又可以保证不会析出严重积碳。智能渗碳模拟控制软件,可以自动控制在不同渗碳温度下以最高碳势渗碳。 (3)强渗扩散时间比例 对于多用炉和井式炉,应降低扩散时间在工艺过程中所占比例。对于渗层要求低于0.6mm的,可以不需要扩散阶段,直接从降温开始降碳势扩散。强渗扩散时间比例的调整,要保证渗碳后零件从表面到心部碳浓度梯度曲线,既不要下降太陡,又不要出现次表面碳浓度高于表面碳浓度。下降太陡,说明扩散时间过长,工艺时间还可以缩短。次表面碳浓度高于表面碳浓度,说明扩散时间不够,淬火后表面应力会呈现拉应力状态,从而降低疲劳寿命。 对于推杆式连续炉,由于分区无法改变,这个比例调整的可能性很小。 (4)高的淬火温度 高的淬火温度,既可以提高过淬火的过冷度,提高零件淬透深度,降低“非马组织”的产生,又可以缩短降温时间,起到降低内氧化的作用。 热处理设备的保证 (1)良好的密封性 设备的密封性差会在渗碳处理过程中带入过多的氧气,对内氧化影响很大。应每3个月对设备进行一次检漏并最大限度地堵住漏点。密封性不好还会降低炉压,延长工艺时间,从而加重内氧化。 (2)开炉门充安全氮气 大多数多用炉,都设置了开炉门(所有炉门)充安全氮气的功能,以抵御开炉门时炉内产生负压而吸入过多的氧气发生爆炸的危险。但是开炉门充氮气功能,很多设备厂家都设置成只对淬火室充氮气,而不对加热室充氮气,导致加热室不能及时抵御负压的产生而吸入大量氧气,同时吸入的氧气也不能及时排出。因此,要严格控制内氧化,就要控制加热室氧气的吸入量,开炉门充氮气的管路应改到加热室,或加热室和淬火室同时充氮气。设置一个甲醇旁路,开炉门充氮气的同时,打开甲醇旁路向加热室追加甲醇,更有利于加热室炉压的快速恢复和氧气的快速排出。 (3)通入氨气 渗碳末期通入氨气,提高零件表面淬透性,可以减少“非马组织”。氨气需进行纯化处理,以除去氨气中的水分。 (4)关闭平衡空气 甲醇滴注气氛、氮甲醇气氛和吸热式气氛渗碳设备,都设有平衡空气。渗碳处理过程全程关闭平衡空气,可以减少内氧化。另外,关闭平衡空气,还可以减少富化气的用量,降低炉内积碳。 结束语 1)内氧化是由可控气氛渗碳时介质中的氧与工件表面反应、吸附、扩散等过程而形成的,主要受渗碳气氛、合金元素和氧分压等因素影响。 2)在材料一定的情况下,改善内氧化和“非马组织”最有效的途径是减少氧气的摄入量和缩短工艺时间,具体从以下方面考虑: ①采用亲氧能力弱的合金元素钢。 ②保证原辅材料纯度。 ③可控气氛满足要求。 ④提高炉压。 ⑤选择合理的热处理工艺。 ⑥热处理设备的保证。 ⑦合适的淬火冷却方式。 ⑧后处理。