如何理解和应用提高渗碳渗速的工艺知识？

wya-8

如何理解和应用提高渗碳渗速的工艺知识？
本人认为国内（外）一些渗碳工艺比较保守，尚有诸多可提高的空间。现今提高渗碳渗速的工艺知识叙述、应用很多；操作人员如何理解提高渗碳渗速的工艺知识，并结合自己的现场实际，不断的调整工艺参数，达到提高渗速，改善金相组织的目的呢？请现场操作人员谈谈自己的体会。
本人简述对工艺知识的理解与用常用温度、滴注剂*来提高渗速的应用情况，并作为“优化工艺”等帖子的回复，也是为了了解情况而发过一些求助帖的说明。有错请纠正。
提高渗碳渗速的理论：
    “在第一阶段中，应用过量渗碳剂使工件表层的碳饱和在第二阶段中进行扩散。只有在这个第二阶段中才有可能通过关键的气体成分调节碳位，其前提是在第一阶段中不能形成过多的炭黑”-----U.Wyss
1．提高渗碳渗速的主要化学反应：
Fe + CO +  H2 → Fe（C）+ H2 O            （1）
C H4  + H2 O → CO +  3H2                     （2）   
“ H2体积最小，是强还原剂，”“渗碳气氛中有50% CO + 50% H2 渗速最大”，但滴注式气氛生产现场很难做到。一般采用调整滴注剂的比例，如滴注甲醇+煤油比只滴煤油可提高炉气CO含量。强渗期本人采用40%酒精+60%煤油，炉气CO含量为≈17%；
滴注（少量）甲醇裂解生成1/3 CO + 2/3 H2 ，但炉气中C H4含量很少，因此（2）的反应很少。因炉内体积、流量有限，故强渗期本人不用滴注甲醇的工艺。
    强渗期反应（1）越多，生成的H2 O越多，零件表面生成的H2 O必须与煤油裂解生成的C H4反应（2），应当是越快越多。
碳势调整期本人只滴注煤油，反应（2）以及C H4与 CO2反应都是倍压反应，（即2个克分子生成4个克分子）。滴注煤油时开始炉压升高，火焰增高，当煤油滴量(＞15ml/min)不变时，炉压与火焰回落，说明炉气中CO2、H2 O含量很低（CO2＜0.5%），不装碳控仪的操作人员可作为渗碳期起点。
2．碳势调整与渗碳初期
渗碳剂（煤油）用于4项，即用于炉壁与工具的复碳；炉气碳势的恢复与提高；零件本身的增碳以及炉子低温处生成的炭黑与被废气带出。
要提高渗碳渗速，必须增加碳势调整期、渗碳初期必须采用“过量渗碳剂”的工艺。本人计算了仅用于零件本身的煤油销耗量，调整了渗碳初期（渗碳第1小时）煤油滴注量。
本人十分注重渗碳初期的工艺，并认为是提高渗碳渗速的关键。
低碳势加热。加热时期不增高零件表面含碳量，使渗碳初期有高的浓度差；
“渗碳初期炉气碳势与零件表面含碳量不平衡”，对于渗碳厚件（零件厚度＞＞渗碳层深度）“渗碳初期零件表面吸碳后即扩散，而且扩散速度＞吸碳速度”,因此,适当提高炉气碳势, 适当提高表面C%,可提高渗碳渗速,形成细小碳化合物。由于齿角为非渗碳厚件，随着时间延长，细小碳化合物因积聚长大，扩散期的碳势控制，零件渗层的碳浓度曲线与碳化合物级别较好。
本人测定渗碳第1小时试棒渗碳层深度即φ值，并用公式 d = φ√t 计算。
20CrMnTi  930℃×1h  φ=0.65mm，
对于浅层渗碳，应降低渗碳温度，如900℃
请祥见“金属热处理”1990年第11期p46

*现场条件
1.现场用60kw井式气体渗碳炉,温度:上表940℃下表920℃ 时间比例调节；
2. 滴注剂: 甲醇、酒精、煤油 ,空气；
3.炉前有奥氏气体分析仪与CO2分析仪, 碳势强渗期手控,扩散期自控；并测定直接淬火后薄片含碳量与试棒的表面含碳量。
4.零件：齿轮等， 材料: 20CrMnTi、渗碳层深≤1.2mm；装炉零件表面积≈10 m2

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3．φ值就是渗碳渗速
   渗碳工艺稳定时，碳传递系数、碳扩散系数以及心部含碳量往往略去不计，渗碳层深度按公式d = φ√t 计算(即渗碳层深度与时间的平方根成正比)，无论常规渗速的工艺还是提高渗速的工艺，当t相等时φ值决定了渗碳渗速。工艺稳定时φ值波动很小。
4．碳控仪处在矢控状态时就达到渗碳期表面碳浓度
   提高渗碳渗速的工艺，最适合于对模数＜5的齿轮(渗碳层深度≤1.2mm)渗碳，渗碳层深度较浅时，渗碳期是在炉气碳势与零件表面含碳量不平衡相差较大时完成的，并且由于用于零件本身的渗碳剂瞬时销耗量与时间成反比，此阶段内，不仅渗碳剂销耗量处在最大销耗时期,而且现场应用的碳控仪处在矢控状态，渗碳期零件表面含碳量仅增至1.0--1.05%C（此值适合于常用合金渗碳钢），这样扩散期通过炉气碳势调整很容易达到炉气碳势与零件表面含碳量接近平衡。因此经（降温保温）直接淬火后，金相组织：碳化物 、残余奥氏体 达到1级（或2级）；渗碳层硬度梯度平缓。

平静的水

讲的非常详细，很受用！

dfswrfpgs

wya-8 发表于 2010-1-22 20:43
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3．φ值就是渗碳渗速
   渗碳工艺稳定时，碳传递系数、碳扩散系数以及心部含碳量往往略去 ...

王老前辈你好！请问20CrMnTi的m=3的冷挤齿轮在普通的箱式多用炉中渗碳淬火：金相组织、碳化物 、残余奥氏体能不能 达到1级（或2级）？该种产品的马氏体级别我们检验结果正常在5级，有时还超差达到6级需要重新返修，还请王老前辈指点迷津！我们用的甲醇做载体气，丙烷作富化气，通入平衡空气来调节碳势，甲醇的流量35ml/min,丙烷的流量7.5L/min,我们用的是1吨多用炉，渗层0.7-1.0，表面硬度HRC57-63，由于怕变形量大，渗碳温度880℃，强渗碳势1.02%，强渗时间260min，扩散碳势0.8%，扩散时间100min，降温到835℃保温30min直接淬火，渗碳层深只有0.75mm,表面马氏体级别6级，请前辈多多指教！不甚感激！