乙炔真空渗碳的现状
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表 1 K 值、R 值与渗碳温度
渗碳温度 900 930 980 1 040
应用实例
8% 表面含碳量
总渗碳深度 0. 62 0. 71 1. 14 1. 24 低碳钢、表面硬化钢
K
有效渗碳深度 To 0. 3% C
0. 44
0. 54
0. 78
1. 04 表面硬化钢
有效渗碳深度 To 0. 4% C
业已证实: 如采用乙炔真空渗碳, 则没有温度上 的制约, 对不锈钢的渗碳处理, 能提高耐磨性。图 3 表示在柴油发动机汽车零件上进行乙炔真空渗碳得 到的组织照片( 工件状态) ; 图 4 表示其硬度分布。
30
国外机车车辆工艺
2006 年 7 月
图 3 不锈钢工件真空渗碳的组织照片( 汽车零件 SUS304)
炉体结构, 基本上与普通的真空炉相同, 其结构可承 受 1 100 以上的温度, 可以任意地选择高于普通渗 碳温度的温度。当需要特别深的渗碳层时, 可以采 用高温渗碳, 大幅度地缩短渗碳时间。 1. 2 渗碳时间与扩散时间的设定
在真空气氛中, 当升温及各部位均匀加热结束 后, 就立刻引入渗碳气体( 乙炔气体) 。在几秒钟后 炉内达到规定压力, 工件表面各部位就会均匀地处 在减压下的渗碳气氛中, 并立即开始渗碳。在规定 时间渗碳后, 再排出渗碳气体, 然后再恢复到原来的 真空度进行扩散。
1) 可实现高温下的短时间处理; 2) 不会产生晶界氧化, 不易形成表面的不完全 淬火层; 3) 渗碳层的控制较简单; 4) 对有细孔、非贯通孔等复杂形状的工件, 具有 良好的渗碳性。 丙烷真空渗碳炉的最大问题是, 随着碳黑的产 生而带来了各种弊端。而这种碳黑问题得到解决的 根本原因, 是因为在超低压 下( 在 1 kPa 以下, 为通 常真空热处理的作业水平) 将乙炔 用作渗碳气体。 关于采用乙炔真空渗碳工艺所得到的产品质量、经 济性以及安全性等在热处理协会杂志等文献上作了 报道。目前, 已有乙炔真空渗碳炉作为批量生产用 真空渗碳炉正在运行, 本文将以渗碳质量为中心, 介 绍用乙炔真空渗碳炉进行批量生产处理的现状。
表 2 为各种汽车零件的渗碳均匀性, 调查了批 量内的离散结果( N = 27) 。根据本结果证实: 批量 内工件的硬化层离散的幅度在 0. 1 mm 以内, 这是能 够适应于生产能力达到 Cpk2. 0 以上的批量产品处
理的工艺。
表 2 采用真空渗碳的渗碳硬化层的均匀性举例
!
1 2 ∀ 26 27 X R CP CPX
图 1 批量产品处理中炉内压力与硬度的关系
图 2 批量产品处理中炉内压力与变形量的关系
此外, 对于淬透性好的合金钢小工件而言, 渗碳 后的气体冷却是有效措施, 无需淬火后的表面清洗, 而且, 淬火变形小, 可以做到高质量的渗碳淬火。该 工艺在欧洲国家已相当普及了。 2 批量生产应用中的渗碳均匀性
乙炔真空渗碳中的渗碳均匀性, 在批量与批量 之间、批量内都得到了稳定的结果。
料 载气 CO
工艺参数
粉 末 材料
温度
进料
反应 升华 蒸发 速度 直径/
器中 器中 器中 L/h
喷涂质量
浓度 g/ cm2
150 / 60 60 40~ 140 0. 5~ 1. 8
CO 120 / 20 40 50~ 200 0. 6~ 2. 2
CO, N 400 50 / 30 50~ 80 0. 6~ 1. 2
引言
乙炔真空渗 碳技术自 公布以 来已历 时 7 a 左 右, 由于其优异的渗碳质量、渗碳再现性以及解决碳 黑问题, 从而有较好的热处理效果, 目前正在应用于 各个领域。乙炔真空渗碳实现了产品质量的改进和 作业环境的改善, 显示了热处理技术的一个发展方 向。并且, 它具有气体渗碳中所没有的下述特征:
文章编号: 1007 6077( 2006) 04 029 03
乙炔真空渗碳的现状
[ 日本] 岩田均
摘 要: 介绍了乙炔真空渗碳新工艺的特点、发展现状、工艺流程, 阐述了该工艺的实 际应用以及今后有待解决的课题。
关键词: 乙炔真空渗碳; 工艺; 应用
中图分类号: TG156. 8+ 1
文献标识码: B
0. 37
0. 46
0. 69
0. 94 低碳钢
R 扩散时间 T d 渗碳时间 T c 1. 3
1. 5
2. 2
3. 5 低碳钢
1. 3 淬火 渗碳与扩散结束之后, 用氮气将压力恢复到 20
kPa~ 80 kPa 左右, 再进行油淬。通过选择适当地恢
第4期
乙炔真空渗碳的现状
29
复压力设定值, 可改变淬火油的冷却特性, 能减少淬 火变形。但是, 油面压力过低, 淬火油的冷却能力就 不足, 就不能淬硬。图 1 表示工业车辆用齿轮的批 量处理中的炉内压力与淬火硬度的关系; 图 2 为批 量产品热处理中炉内压力与工件变形量的关系。该 齿轮( 渗碳用表面硬化钢) 得到的处理结果是: 只要 在一定的炉内压力范围内, 经过减压, 淬火硬度就会 提高, 变形量也减少( 绝对值) 。由此可知, 在真空渗 碳炉中, 为了减小工件变形量, 油淬时的油面压力是 抑制变形的一个重要因素。
传统的丙烷真空渗碳工艺, 存在着操作中产生碳黑 的问题, 因而不太使用该方法。如果采用乙炔真空 渗碳, 就较容易实现高碳真空渗碳。在质量方面, 渗 碳层中的碳化物大小、形状和析出层都能满足要求, 有利于提高工件耐磨性和改善疲劳强度。该工艺在 砂土磨耗严重的 磁砖金属模具( SKD11) 、机床的主 轴、喷丸机的叶轮等的应用中取得一定的成果, 从而 过渡到了批量产品的应用阶段。 3. 2 真空碳氮共渗与喷丸强化处理
图 5 用 V - MALS 连续高空渗碳炉的操作图表
图 4 不锈钢的真空渗碳硬度分布曲线
4 连续真空渗碳炉的现状
作为最新尝试的多个加热室 V- MALS 连续真 空渗碳炉已投入使用了。本设备是适应于多品种生 产及少品种大批量生产的连续真空渗碳炉。图 5 为 使用 V- MALS 连续真空渗碳炉的代表性的热处理 曲线。由该图可知, 如硬化层为 0. 7 mm 左右, 则生 产线的生产节拍可定为 75~ 90 min。
第4期
乙炔真空渗碳的现状
31
续真空渗碳炉发展的研究工作。
%
译自日本&热处理∋2005, ! 3, 125~ 127
彭惠民 译 金祥林 校
收稿日期: 2006- 02- 23
( 上接第 28 页)
表 1 金属化工艺规范及金属复合粉末材料的性能
原
涂层
Fe( CO) 5 Ni( CO) 4 Cr( CO) 6 Mo( CO ) 6 W( CO) 6 Cr( C6H6) 2
为改善工件的高温疲劳强度和耐热胶着性能, 人们正在对真空渗碳工艺中再加入氮化处理的碳氮 共渗( 高碳) 工艺作详细研讨。据报道, 真空碳氮共 渗或者在真空碳氮共渗( 高碳) 后再通过实施喷丸强 化处理, 可获得良好的表面强化效果。今后, 期待该 工艺在需要高温强度的零部件上得到应用。 3. 3 不锈钢的渗碳
采用乙炔气体, 在各种温度下, 对 SCM415 的试 件实施了不同时间的渗碳, 根据所得到的渗碳层的 碳分析, 在总渗碳时间下, 求得的 K 值及有效渗碳 深度达到 0. 3% C 及 0. 4% C 时, 求出的 K 值的结果 见表 1。并且, 总渗碳深度、渗碳及扩散的各个时间 设定也列于表 1 中。另外, 除了 SCM415 钢材外, 对 Si5C 与 SNCM420 也进行 了同样的 试验, 求出了 K 值。虽材质不同, K 值几乎无变化。合金元素产生 的影响, 与其说是对渗碳难易程度的控制, 不如说是 对淬透性产生较大的影响。
图 2 用等离子喷涂法对零件表面喷涂金属化粉末材料的强化涂层
实际使用的结果表明, 用金属有机镍化合物金
属化的氧化铝( 含镍 20% ) 强化的零件, 其使用寿命
比原部件提高了 3. 5~ 4 倍。
%
译自俄罗斯& !∀#∃%&∃∋ (#∃)∗!∃+,−!∃∋
胥金荣 译 宋忠明 校
收稿日期: 2006- 03- 17
表 3 批量内表面含碳量的差异
Hale Waihona Puke Baidu
区段
F侧
R侧
4
0. 79
0. 81
3
0. 79
0. 78
2
0. 79
0. 78
1 平均
0. 83
0. 85
0. 803
差异范围 0. 78% ~ 0. 85% C 范围 0. 07% C ( 质量分数 C)
处理工件: SCM420H 齿数
3 复合热处理的发展
3. 1 高碳真空渗碳 可析出微细碳化物的高碳真空渗碳处理, 采用
1 乙炔真空渗碳工艺
1. 1 饱和值调整法 乙炔真空渗碳是利用碳固溶限度及扩散现象控
制渗碳层的方法, 也称为饱和值调整法。真空渗碳 的特 征 是: 在 一定 的 渗碳 温 度下, 根 据 渗碳 时 间 ( T c) 与扩散时间( T d) , 得到目标要求的表面含碳量 ( 通常为 0. 8% 左右) 和渗碳深度。如果提高渗碳温 度, 则可以大幅度地缩短渗碳时间。真空渗碳炉的
CO 600 70 / 30 60~ 120 0. 6~ 1. 2
CO, N 750 80 / 30 40~ 120 1. 0~ 1. 5
Co. N 320 / 40 40 600~ 100 0. 5~ 1. 0
离子喷涂法在 65 号钢制成的 试样表面进行 喷涂 ( 见图 2a) , 以及在中耕机工作爪的工作面上进行喷 涂( 见图 2b) 。台架试验的结果表明, 用镍金属化的 三氧化二铝强化涂层( 含镍 10% ~ 30% ) 的试件, 其 耐磨性比 65 钢试样本身提高 1. 5~ 3. 0 倍以上。
5 结束语
使用不饱和碳化氢气体 ∃ ∃ ∃ 乙炔的乙炔真空渗 碳技术进入市场已历时 7 a 了。从根本上解决了采 用丙烷进行真空渗碳固有的碳黑问题, 目前。该工 艺设备作为批量生产用设备, 在各领域中推广应用。 今后, 将研究进一步提高渗碳气体的效率、利用高温
渗碳以缩短渗碳时间等课题, 而且, 要积极推动向连
表面硬度 758 768 ∀ 749 72 757 34 2. 4 2. 3
渗碳深度 0. 64 0. 69 ∀ 0. 72 0. 87 0. 7 0. 1 3. 2 1. 9
( 注: 汽车零件材质 SUM 22, 渗碳硬化层 0. 7 mm, 批 的数量 3 600 个, 悬挂方式处理)
表 3 表示对汽车油压零件实施真空渗碳处理 时, 得到的表面含碳量离散的结果。其表面含碳量 的离散在批内幅度为 0. 1% 以内 ( # 0. 05% 以内) , 如采用乙炔真空渗碳, 则在批内、批与批之间、单件 内的渗碳均匀性均无问题, 该工艺完全可用于批量 产品的处理。
渗碳温度 900 930 980 1 040
应用实例
8% 表面含碳量
总渗碳深度 0. 62 0. 71 1. 14 1. 24 低碳钢、表面硬化钢
K
有效渗碳深度 To 0. 3% C
0. 44
0. 54
0. 78
1. 04 表面硬化钢
有效渗碳深度 To 0. 4% C
业已证实: 如采用乙炔真空渗碳, 则没有温度上 的制约, 对不锈钢的渗碳处理, 能提高耐磨性。图 3 表示在柴油发动机汽车零件上进行乙炔真空渗碳得 到的组织照片( 工件状态) ; 图 4 表示其硬度分布。
30
国外机车车辆工艺
2006 年 7 月
图 3 不锈钢工件真空渗碳的组织照片( 汽车零件 SUS304)
炉体结构, 基本上与普通的真空炉相同, 其结构可承 受 1 100 以上的温度, 可以任意地选择高于普通渗 碳温度的温度。当需要特别深的渗碳层时, 可以采 用高温渗碳, 大幅度地缩短渗碳时间。 1. 2 渗碳时间与扩散时间的设定
在真空气氛中, 当升温及各部位均匀加热结束 后, 就立刻引入渗碳气体( 乙炔气体) 。在几秒钟后 炉内达到规定压力, 工件表面各部位就会均匀地处 在减压下的渗碳气氛中, 并立即开始渗碳。在规定 时间渗碳后, 再排出渗碳气体, 然后再恢复到原来的 真空度进行扩散。
1) 可实现高温下的短时间处理; 2) 不会产生晶界氧化, 不易形成表面的不完全 淬火层; 3) 渗碳层的控制较简单; 4) 对有细孔、非贯通孔等复杂形状的工件, 具有 良好的渗碳性。 丙烷真空渗碳炉的最大问题是, 随着碳黑的产 生而带来了各种弊端。而这种碳黑问题得到解决的 根本原因, 是因为在超低压 下( 在 1 kPa 以下, 为通 常真空热处理的作业水平) 将乙炔 用作渗碳气体。 关于采用乙炔真空渗碳工艺所得到的产品质量、经 济性以及安全性等在热处理协会杂志等文献上作了 报道。目前, 已有乙炔真空渗碳炉作为批量生产用 真空渗碳炉正在运行, 本文将以渗碳质量为中心, 介 绍用乙炔真空渗碳炉进行批量生产处理的现状。
表 2 为各种汽车零件的渗碳均匀性, 调查了批 量内的离散结果( N = 27) 。根据本结果证实: 批量 内工件的硬化层离散的幅度在 0. 1 mm 以内, 这是能 够适应于生产能力达到 Cpk2. 0 以上的批量产品处
理的工艺。
表 2 采用真空渗碳的渗碳硬化层的均匀性举例
!
1 2 ∀ 26 27 X R CP CPX
图 1 批量产品处理中炉内压力与硬度的关系
图 2 批量产品处理中炉内压力与变形量的关系
此外, 对于淬透性好的合金钢小工件而言, 渗碳 后的气体冷却是有效措施, 无需淬火后的表面清洗, 而且, 淬火变形小, 可以做到高质量的渗碳淬火。该 工艺在欧洲国家已相当普及了。 2 批量生产应用中的渗碳均匀性
乙炔真空渗碳中的渗碳均匀性, 在批量与批量 之间、批量内都得到了稳定的结果。
料 载气 CO
工艺参数
粉 末 材料
温度
进料
反应 升华 蒸发 速度 直径/
器中 器中 器中 L/h
喷涂质量
浓度 g/ cm2
150 / 60 60 40~ 140 0. 5~ 1. 8
CO 120 / 20 40 50~ 200 0. 6~ 2. 2
CO, N 400 50 / 30 50~ 80 0. 6~ 1. 2
引言
乙炔真空渗 碳技术自 公布以 来已历 时 7 a 左 右, 由于其优异的渗碳质量、渗碳再现性以及解决碳 黑问题, 从而有较好的热处理效果, 目前正在应用于 各个领域。乙炔真空渗碳实现了产品质量的改进和 作业环境的改善, 显示了热处理技术的一个发展方 向。并且, 它具有气体渗碳中所没有的下述特征:
文章编号: 1007 6077( 2006) 04 029 03
乙炔真空渗碳的现状
[ 日本] 岩田均
摘 要: 介绍了乙炔真空渗碳新工艺的特点、发展现状、工艺流程, 阐述了该工艺的实 际应用以及今后有待解决的课题。
关键词: 乙炔真空渗碳; 工艺; 应用
中图分类号: TG156. 8+ 1
文献标识码: B
0. 37
0. 46
0. 69
0. 94 低碳钢
R 扩散时间 T d 渗碳时间 T c 1. 3
1. 5
2. 2
3. 5 低碳钢
1. 3 淬火 渗碳与扩散结束之后, 用氮气将压力恢复到 20
kPa~ 80 kPa 左右, 再进行油淬。通过选择适当地恢
第4期
乙炔真空渗碳的现状
29
复压力设定值, 可改变淬火油的冷却特性, 能减少淬 火变形。但是, 油面压力过低, 淬火油的冷却能力就 不足, 就不能淬硬。图 1 表示工业车辆用齿轮的批 量处理中的炉内压力与淬火硬度的关系; 图 2 为批 量产品热处理中炉内压力与工件变形量的关系。该 齿轮( 渗碳用表面硬化钢) 得到的处理结果是: 只要 在一定的炉内压力范围内, 经过减压, 淬火硬度就会 提高, 变形量也减少( 绝对值) 。由此可知, 在真空渗 碳炉中, 为了减小工件变形量, 油淬时的油面压力是 抑制变形的一个重要因素。
传统的丙烷真空渗碳工艺, 存在着操作中产生碳黑 的问题, 因而不太使用该方法。如果采用乙炔真空 渗碳, 就较容易实现高碳真空渗碳。在质量方面, 渗 碳层中的碳化物大小、形状和析出层都能满足要求, 有利于提高工件耐磨性和改善疲劳强度。该工艺在 砂土磨耗严重的 磁砖金属模具( SKD11) 、机床的主 轴、喷丸机的叶轮等的应用中取得一定的成果, 从而 过渡到了批量产品的应用阶段。 3. 2 真空碳氮共渗与喷丸强化处理
图 5 用 V - MALS 连续高空渗碳炉的操作图表
图 4 不锈钢的真空渗碳硬度分布曲线
4 连续真空渗碳炉的现状
作为最新尝试的多个加热室 V- MALS 连续真 空渗碳炉已投入使用了。本设备是适应于多品种生 产及少品种大批量生产的连续真空渗碳炉。图 5 为 使用 V- MALS 连续真空渗碳炉的代表性的热处理 曲线。由该图可知, 如硬化层为 0. 7 mm 左右, 则生 产线的生产节拍可定为 75~ 90 min。
第4期
乙炔真空渗碳的现状
31
续真空渗碳炉发展的研究工作。
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译自日本&热处理∋2005, ! 3, 125~ 127
彭惠民 译 金祥林 校
收稿日期: 2006- 02- 23
( 上接第 28 页)
表 1 金属化工艺规范及金属复合粉末材料的性能
原
涂层
Fe( CO) 5 Ni( CO) 4 Cr( CO) 6 Mo( CO ) 6 W( CO) 6 Cr( C6H6) 2
为改善工件的高温疲劳强度和耐热胶着性能, 人们正在对真空渗碳工艺中再加入氮化处理的碳氮 共渗( 高碳) 工艺作详细研讨。据报道, 真空碳氮共 渗或者在真空碳氮共渗( 高碳) 后再通过实施喷丸强 化处理, 可获得良好的表面强化效果。今后, 期待该 工艺在需要高温强度的零部件上得到应用。 3. 3 不锈钢的渗碳
采用乙炔气体, 在各种温度下, 对 SCM415 的试 件实施了不同时间的渗碳, 根据所得到的渗碳层的 碳分析, 在总渗碳时间下, 求得的 K 值及有效渗碳 深度达到 0. 3% C 及 0. 4% C 时, 求出的 K 值的结果 见表 1。并且, 总渗碳深度、渗碳及扩散的各个时间 设定也列于表 1 中。另外, 除了 SCM415 钢材外, 对 Si5C 与 SNCM420 也进行 了同样的 试验, 求出了 K 值。虽材质不同, K 值几乎无变化。合金元素产生 的影响, 与其说是对渗碳难易程度的控制, 不如说是 对淬透性产生较大的影响。
图 2 用等离子喷涂法对零件表面喷涂金属化粉末材料的强化涂层
实际使用的结果表明, 用金属有机镍化合物金
属化的氧化铝( 含镍 20% ) 强化的零件, 其使用寿命
比原部件提高了 3. 5~ 4 倍。
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译自俄罗斯& !∀#∃%&∃∋ (#∃)∗!∃+,−!∃∋
胥金荣 译 宋忠明 校
收稿日期: 2006- 03- 17
表 3 批量内表面含碳量的差异
Hale Waihona Puke Baidu
区段
F侧
R侧
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0. 79
0. 81
3
0. 79
0. 78
2
0. 79
0. 78
1 平均
0. 83
0. 85
0. 803
差异范围 0. 78% ~ 0. 85% C 范围 0. 07% C ( 质量分数 C)
处理工件: SCM420H 齿数
3 复合热处理的发展
3. 1 高碳真空渗碳 可析出微细碳化物的高碳真空渗碳处理, 采用
1 乙炔真空渗碳工艺
1. 1 饱和值调整法 乙炔真空渗碳是利用碳固溶限度及扩散现象控
制渗碳层的方法, 也称为饱和值调整法。真空渗碳 的特 征 是: 在 一定 的 渗碳 温 度下, 根 据 渗碳 时 间 ( T c) 与扩散时间( T d) , 得到目标要求的表面含碳量 ( 通常为 0. 8% 左右) 和渗碳深度。如果提高渗碳温 度, 则可以大幅度地缩短渗碳时间。真空渗碳炉的
CO 600 70 / 30 60~ 120 0. 6~ 1. 2
CO, N 750 80 / 30 40~ 120 1. 0~ 1. 5
Co. N 320 / 40 40 600~ 100 0. 5~ 1. 0
离子喷涂法在 65 号钢制成的 试样表面进行 喷涂 ( 见图 2a) , 以及在中耕机工作爪的工作面上进行喷 涂( 见图 2b) 。台架试验的结果表明, 用镍金属化的 三氧化二铝强化涂层( 含镍 10% ~ 30% ) 的试件, 其 耐磨性比 65 钢试样本身提高 1. 5~ 3. 0 倍以上。
5 结束语
使用不饱和碳化氢气体 ∃ ∃ ∃ 乙炔的乙炔真空渗 碳技术进入市场已历时 7 a 了。从根本上解决了采 用丙烷进行真空渗碳固有的碳黑问题, 目前。该工 艺设备作为批量生产用设备, 在各领域中推广应用。 今后, 将研究进一步提高渗碳气体的效率、利用高温
渗碳以缩短渗碳时间等课题, 而且, 要积极推动向连
表面硬度 758 768 ∀ 749 72 757 34 2. 4 2. 3
渗碳深度 0. 64 0. 69 ∀ 0. 72 0. 87 0. 7 0. 1 3. 2 1. 9
( 注: 汽车零件材质 SUM 22, 渗碳硬化层 0. 7 mm, 批 的数量 3 600 个, 悬挂方式处理)
表 3 表示对汽车油压零件实施真空渗碳处理 时, 得到的表面含碳量离散的结果。其表面含碳量 的离散在批内幅度为 0. 1% 以内 ( # 0. 05% 以内) , 如采用乙炔真空渗碳, 则在批内、批与批之间、单件 内的渗碳均匀性均无问题, 该工艺完全可用于批量 产品的处理。