第四篇齿轮的气氛渗碳和低压真空渗碳

以适当提高渗碳温度，可以大大缩短渗碳时间。
（2）由于低压真空渗碳的控制系统能够对渗碳工
艺进行精确控制，因此所处理的工件有良好的重复性，
且工件变形小、表面光亮，无需渗碳后再进行机械加
工。
（3）低压真空渗碳技术有更大的灵活性。其设备
既可以作为独立的热处理设备，也可以与金属切削加工
连成一条生产线。设备本身既可以是周期式的，适合小
通常生产中使用的露点法是控制H2O的含量，而红 外线法是控制CO2含量。
实际齿轮样品气氛渗碳+油淬的结果如图1所示。 图中硬度值为危氏硬度试验中压头压入样品渗碳层后测 出压痕的对角线长度，尚未换算成危氏硬度值。结果显 示，渗碳后，齿根的有效渗层深度（硬度高于50H R C
的渗层深度)为0.76m m，齿轮节径的有效渗层深度为 1.33m m。更重要的是在齿轮齿节线和齿根，高硬度 （不小于58H R C)渗层深度均为0.35m m。从这个深度开 始齿轮齿节线和齿根的硬度值差很快增大。这个结果是 目前大量使用的齿轮气氛渗碳后具有代表性的结果。
型号
技术规格 有效加热区 长/mm×宽/mm×高/mm 总装炉量/kg 最高温度/℃ 加热功率/kW 炉温均匀性/℃ 极限真空度/pa 压升率/Pah-1 工件转移时间/s 油淬能力/L 气冷压力/105Pa
DCO322
300×200 ×200 30 1350 30 ≤±5 5×10-1 ≤0.5 ≤15 400 2
第四篇 齿轮的气氛渗碳和低压真空渗碳
如何降低齿轮的渗碳成本是当今齿轮制造行业最为关心的问题之一，特别是采用传统的气氛 渗碳进行深层渗碳更是耗时和耗能；其次，传统的气氛渗碳往往会造成齿轮渗层质量不稳定、渗 层不均匀，需要通过多次试验才能获得具有重复性的渗碳结果；第三，由于零件精度和最终的要 求，零件需要预留大的尺寸公差来满足渗碳后加工的需要，但渗碳后的加工却常常将最佳渗碳层 切削掉；另外，传统的气氛渗碳还需要考虑环境污染、安全等问题。
单、维修容易。
总之，低压真空渗碳比传统的气氛渗碳具有很大
的优势，在发达国家工业领域已开始大量应用低压真空
渗碳技术，而国内采用真空渗碳替代常规气氛渗碳也只

是一个时间问题。
文章查询编号：W0814
解决方案
推荐设备
采用低压真空渗碳技术和设备就能够很好地 解决上述问题，比如由北京易西姆工业炉科技发 展有限公司开发的D C O卧式双室真空渗碳油淬 炉和D C G系列卧式双室真空渗碳高压气淬炉。 表1为D C O系列卧式双室真空渗碳油淬炉主要规 格。
DCO1266型卧式双室真空渗碳油淬炉
表1 DCO系列卧式双室真空渗碳油淬炉主要规格
批量、多品种的生产情况，也可以是连续式的，由多个
加热渗碳室、气淬室、油淬室、进出料室、真空系统、
工件自动运输系统等组成，适合大批量生产情况。另外
开炉、停炉非常简单，每次开炉后只需半小时即可进入
工作状态，周末和假期可随时停炉。
（4）低压真空渗碳采用冷壁真空技术，无点火装
置，无失火危险，无污染，洁净、安全，设备操作简
1200×600 ×600 800 1350 210 ≤±5 5×10-1 ≤0.5 ≤15 8000 2
1200×900 ×900 1200 1350 270 ≤±5 5×10-1 ≤0.5 ≤15 10 000 2
推荐方案
齿轮的气氛渗碳
气氛渗碳时，零件在吸热气氛或等效气氛下加热 至奥氏体温度，气氛中含约40%氢气、40%氮气和20% 一氧化碳，还存在少量二氧化碳（0.5%～1%）、水蒸 气（1%）、甲烷（0.5%）和痕量的氧。这种中性气氛 （或称为载体气氛）一般在钢表面既不能渗碳也不能脱 碳。为了渗碳，上述载体气氛中需加入富化气。富化气 通常是含90%～95%甲烷（C H4）或丙烷（C3H8）中性 气体。
深度/25.4mm 图3 实际齿轮样品低压真空渗碳+ 油淬后齿节线和齿根渗层硬度分布曲线
很显然，真空渗碳零件的高硬度渗层深度显然大 于气氛渗碳零件的。还可以从图1和图3中发现，在高硬 度渗层深度范围内齿根和齿轮节线的硬度非常一致。
图4表示实际齿轮样品真空渗碳+高压气淬的结 果，和图1、图3比较，能得出齿轮节线和齿根渗层深度 更加一致的结论。
气氛渗碳+油淬 真空渗碳+油淬 真空渗碳+高压
气淬
有效渗层深度
齿根/ mm 0.76 1.00
节线/ mm 1.33 1.33
1.19
1.35
高硬度（不小于 58HRC)渗层深度
齿根/ mm
节线/ mm
0.35 0.80
0.35 0.80
0.61
0.76
低压真空渗碳的特点
从上述研究结果可以认为，低压真空渗碳可以提
DCO433
400×300 ×300 75 1350 45 ≤±5 5×10-1 ≤0.5 ≤15 800 2
DCO644
600×400 ×400 200 1350 75 ≤±5 5×10-1 ≤0.5 ≤15 2000 2
DCO966
DCO1266
DCO1299
900×600 ×600 600 1350 150 ≤±5 5×10-1 ≤0.5 ≤15 6000 2
高渗碳层的深度，使齿轮各处渗碳层更加均匀。除此之
外，低压真空渗碳还具备以下一些特点：
（1）低压真空渗碳可以大幅度降低生产成本和大
幅度提高设备利用率。这是因为低压真空渗碳的气氛非
常简单，强渗期仅需乙炔或丙烷，扩散期仅需氮气且压
力非常低，因此使用气氛的成本显著降低。另外，由于
低压真空渗碳设备和工艺的特点，可进行高温渗碳，所
病历
挂号科目：齿轮 就诊难点：气氛渗碳进行深层渗碳时耗时和耗能，齿轮节线和齿根渗层深度差别较大。 推荐医生：北京易西姆工业炉科技发展有限公司 高文栋
难点描述
难点一 采用传统的气氛 渗碳进行深层渗 碳耗时耗能
难点二 渗层质量不稳定、 渗层不均匀，多次 试验才能获得重复
性渗碳结果
在低压真空渗碳中，羟类气体的裂解是非平衡反 应，意味着钢表面很快能达到奥氏体中碳的饱和水平。 通过重复多个强渗和扩散步骤，能够获得希望得到的碳 分布和渗层深度。
低压真空渗碳工艺的控制是基于扩散理论的“奥 氏体碳含量饱和值控制法”，即整个渗碳过程由数个子 渗碳程序集合组成，每个子渗碳程序包括强渗期和扩散 期两个阶段（如图2所示）。确定子渗碳程序的个数和 每个子渗碳程序中强渗期、扩散期的时间需要依据材料 的成分、渗层深度的要求和表面碳浓度的要求，在建立 准确的数学模型后，利用计算机计算出来。
齿轮的低压真空渗碳
低压真空渗碳是一种改进的气体渗碳工艺，渗 碳时压力远远低于大气压，典型的压力范围是300～ 2500Pa。其优点是钢表面保持非常洁净，因为没有气体 的相互反应，真空环境下碳更快地到达钢的表面。
渗碳时羟类气体被引入渗碳室，裂解产生了活性 碳原子，它们自由地渗入钢的表面，而氢和剩余的碳氢 化合物的副产品被真空泵排出了系统。目前用来真空渗 碳的羟类气体是乙炔（C2H2）和丙烷（C3H8）。
在气氛渗碳中，通常是炉子达到渗碳温度后，便 开始通入富化气。但这往往会造成渗层不均匀，因为料 车上的不同零件和零件的不同部位温度还未达到均匀， 渗碳速度不同。
在气氛渗碳工艺控制中，水煤气反应（C O+H2O= C O2+ H2）非常重要，通过控制炉气中的某一组分，如 C O2或H2O，就可以控制反应达到平衡时的平衡点，从 而控制气氛的碳势。
深度/25.4mm 图4 实际齿轮样品低压真空渗碳+气淬后齿节线和
齿根渗层硬度分布曲线 实际齿轮气氛渗碳和真空渗碳的结果比较如附表 所示。从表2中可以发现，齿轮在低压真空渗碳后比在 气氛渗碳后具有更大的高硬度渗层深度，在齿根具有更 大的有效渗层深度。
表2 实际齿轮气氛渗碳和真空渗碳的结果比较
渗碳方法
难点三 渗碳后的加工常 常将最佳渗碳层 切削掉
难点四 传统的气氛渗碳 需要考虑环境污 染、安全等问题
专家点评
之所以传统的气氛渗碳出现上述问题，主要是由于气氛渗碳方法和设备所决定 的。气氛渗碳的设备操作、维修及其工艺条件常常都在变化。由于气氛渗碳温度和控 制方法的局限，大幅度缩短工艺时间也是不可能的。另外，气氛渗碳还会造成空气和 水的污染等。
压痕深度/mm
深度/25.4mm 图1 实际齿轮样品气氛渗碳+油淬后齿节线和
齿根渗层硬度分布曲线
图2 低压真空渗碳过程示意图
压痕深度/mm
压痕深度/mm
实际齿轮样品低压真空渗碳+油淬的结果如图3所 示。结果显示，渗碳后，齿根的有效渗层深度（硬度高 于50H R C的渗层深度)为1.00m m，齿轮节径的有效渗层 深度为1.33m m。更重要的是在齿轮齿节线和齿根，高 硬度（不小于58HRC)渗层深度均为0.80mm。