真空滲碳技術的應用

 摘(zhai)要：雙室滲(shen)碳(tan)油淬氣冷(leng)真(zhen)(zhen)空(kong)爐具(ju)有(you)效率高(gao)、節能(neng)(neng)、溫(wen)度控(kong)制精準、溫(wen)度均勻性(xing)(xing)好、工藝再現性(xing)(xing)好等特點。針(zhen)對(dui)合金鋼、高(gao)速(su)鋼、模具(ju)，齒輪(lun)。山東派(pai)金研制的雙室滲(shen)碳(tan)油淬氣冷(leng)真(zhen)(zhen)空(kong)爐，具(ju)有(you)油淬和滲(shen)碳(tan)兩種功能(neng)(neng)，該設(she)備(bei)具(ju)有(you)結構新穎、性(xing)(xing)能(neng)(neng)先進、能(neng)(neng)耗低、安全(quan)可靠等特點。

  概述；

 隨著我國裝備制造(zao)業的迅(xun)速發(fa)展，齒(chi)輪需求(qiu)量日(ri)益增多。齒(chi)輪工(gong)作承載(zai)大，沖擊(ji)(ji)力(li)強，要(yao)(yao)求(qiu)安全性高。除了(le)具有(you)優良耐磨性，還(huan)要(yao)(yao)有(you)較高接觸疲(pi)勞(lao)(lao)強度和(he)彎(wan)曲疲(pi)勞(lao)(lao)強度。同(tong)時具有(you)較高抗沖擊(ji)(ji)力(li)和(he)抗過載(zai)能力(li)。

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(tan)工藝；

1，真(zhen)空(kong)滲碳定(ding)義；低壓真(zhen)空(kong)滲碳是(shi)一種改進的(de)氣(qi)(qi)體(ti)滲碳工藝(yi)，滲碳是(shi)遠遠低于大氣(qi)(qi)壓，典型的(de)壓力范(fan)圍是(shi)300-2500Pa。其優點是(shi)鋼(gang)表面(mian)保持(chi)非常潔凈，因為(wei)沒有氣(qi)(qi)體(ti)的(de)相互反應，真(zhen)空(kong)環境(jing)下碳更快地達到(dao)鋼(gang)的(de)表面(mian)。

   2，滲碳(tan)時羥(qian)類氣(qi)體被(bei)引入滲碳(tan)室，裂解(jie)產生(sheng)了活性(xing)碳(tan)原子，它(ta)們(men)自由地(di)滲入鋼的表面(mian)，而(er)氫和(he)剩余(yu)碳(tan)氫化合物的副產品被(bei)真(zhen)空泵排除(chu)了系統(tong)。目(mu)前我們(men)采用真(zhen)空滲碳(tan)的羥(qian)類氣(qi)體是(shi)乙炔（C2H2）。

3，在(zai)低壓真空滲(shen)碳中，羥類氣體(ti)的(de)裂解(jie)是非平衡反應(ying)，意味著鋼表面很快能達到奧氏體(ti)中的(de)碳飽和水平。通過重復多(duo)個強滲(shen)和擴(kuo)散步驟(zou)，能夠(gou)獲得(de)希望得(de)到的(de)碳分(fen)布和滲(shen)層(ceng)深度(du)。

4，低(di)壓真空滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)(tan)工藝的(de)控制是基于擴散理論的(de)“奧(ao)氏體碳(tan)(tan)(tan)含(han)量飽和值控制法”，即(ji)整個(ge)(ge)(ge)滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)(tan)過(guo)程(cheng)(cheng)由數個(ge)(ge)(ge)滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)(tan)程(cheng)(cheng)序集合(he)組成，每(mei)個(ge)(ge)(ge)滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)(tan)程(cheng)(cheng)序包括(kuo)強滲(shen)(shen)和擴散兩(liang)個(ge)(ge)(ge)階段。確(que)定每(mei)個(ge)(ge)(ge)子滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)(tan)程(cheng)(cheng)序的(de)個(ge)(ge)(ge)數和每(mei)個(ge)(ge)(ge)滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)(tan)程(cheng)(cheng)序包括(kuo)強滲(shen)(shen)期、擴散期時間需要依據材料的(de)成分、滲(shen)(shen)層深(shen)度的(de)要求和表(biao)面碳(tan)(tan)(tan)濃度的(de)要求，在(zai)建立確(que)定的(de)數學模型后，利于計算機(ji)計算出(chu)來。

㈣低(di)壓真(zhen)空(kong)滲碳的特點；

1，低(di)(di)(di)壓(ya)真空滲(shen)碳,可以大(da)幅度(du)(du)降(jiang)低(di)(di)(di)生產成(cheng)本(ben)和(he)(he)大(da)幅度(du)(du)提高(gao)(gao)設(she)備利用(yong)率(lv)。這是因為(wei)低(di)(di)(di)壓(ya)真空滲(shen)碳的(de)氣(qi)氛(fen)非(fei)常簡(jian)單，強滲(shen)期(qi)僅需(xu)(xu)乙炔，擴散期(qi)僅需(xu)(xu)氮氣(qi)，且壓(ya)力非(fei)常低(di)(di)(di)，因此使(shi)用(yong)氣(qi)氛(fen)的(de)成(cheng)本(ben)顯著降(jiang)低(di)(di)(di)。另(ling)外，由于低(di)(di)(di)壓(ya)滲(shen)碳設(she)備和(he)(he)工(gong)藝的(de)特點，可進行(xing)高(gao)(gao)溫滲(shen)碳，所以適當提高(gao)(gao)滲(shen)碳溫度(du)(du)，可以大(da)大(da)縮短滲(shen)碳時(shi)間。

2，由于低壓(ya)真空滲碳(tan)的控(kong)(kong)制系(xi)統(tong)能夠對滲碳(tan)工藝進行精密控(kong)(kong)制，因此所處理工件有良(liang)好重(zhong)復性(xing)，且工件變形(xing)小，表面光亮，無需滲碳(tan)后再進行機械加工。

3，低壓(ya)真空滲碳技術有更大的(de)靈活性，其設(she)備可以(yi)(yi)作為獨立設(she)備，也可以(yi)(yi)與冷加(jia)工(gong)連(lian)成(cheng)一條生產(chan)線(xian)。設(she)備本身(shen)既可以(yi)(yi)是周(zhou)期式(shi)的(de)，適合(he)小(xiao)批量(liang)(liang)，多(duo)品種的(de)生產(chan)情況。也可以(yi)(yi)是連(lian)續(xu)式(shi)的(de) ，有多(duo)個加(jia)熱滲碳室(shi)(shi)，氣淬(cui)室(shi)(shi)油淬(cui)室(shi)(shi)，進出(chu)料室(shi)(shi)，真空系統，工(gong)件自動運(yun)輸系統等組成(cheng)，適合(he)大批量(liang)(liang)生產(chan)情況。另外開爐(lu)(lu)(lu)，停爐(lu)(lu)(lu)非常(chang)簡(jian)單，每(mei)爐(lu)(lu)(lu)開爐(lu)(lu)(lu)只需半小(xiao)時即可進入工(gong)作狀態(tai)。

4，低壓真空滲碳(tan)采用冷壁真空技術(shu)，無(wu)點火(huo)(huo)裝置(zhi)，無(wu)失火(huo)(huo)危險，無(wu)污染，潔(jie)凈，安全，設備操作簡單，維修容易(yi)。

低壓真空(kong)滲碳(tan)設備的特(te)點；

1，用戶可以(yi)根據不同要求對真空滲碳設備做出多種選擇；單(dan)室(shi)，雙室(shi)，三室(shi)，

2，根(gen)據工件裝載方式(shi)不同可(ke)選擇；立式(shi)，臥式(shi)，

3，根據工件(jian)淬(cui)火方式(shi)不(bu)同(tong)可選擇(ze)；油淬(cui)，氣淬(cui)

4，根據處理室(shi)功能不同，可以(yi)在設(she)備中選(xuan)擇預(yu)熱室(shi)，滲(shen)碳室(shi)，淬火室(shi)等(deng)

5，可以選(xuan)擇不同有(you)效加熱區尺寸的爐(lu)，對應(ying)不同的裝(zhuang)爐(lu)量。

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

7，設(she)備(bei)根據(ju)生(sheng)產量，可以是周期(qi)式(shi)真(zhen)空(kong)滲(shen)碳(tan)設(she)備(bei)，也可以是生(sheng)產線(xian)式(shi)真(zhen)空(kong)滲(shen)碳(tan)設(she)備(bei)。

8，低壓真空(kong)(kong)滲(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)設(she)備具有多(duo)種(zhong)(zhong)用途，能靈活(huo)地實現多(duo)種(zhong)(zhong)熱(re)處(chu)(chu)理(li)(li)工(gong)(gong)藝，如真空(kong)(kong)滲(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)，真空(kong)(kong)碳(tan)(tan)氮共滲(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)，真空(kong)(kong)滲(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)＋油淬(cui)(cui)，真空(kong)(kong)滲(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)＋氣淬(cui)(cui)，以及真空(kong)(kong)爐全部(bu)功能。并(bing)可(ke)以用于對工(gong)(gong)業領(ling)域各類(lei)(lei)材料和(he)零(ling)(ling)件進行相關熱(re)處(chu)(chu)理(li)(li)。低壓真空(kong)(kong)滲(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)設(she)備具有多(duo)種(zhong)(zhong)用途，能靈活(huo)的(de)實現多(duo)種(zhong)(zhong)熱(re)處(chu)(chu)理(li)(li)工(gong)(gong)藝，如真空(kong)(kong)滲(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)、真空(kong)(kong)碳(tan)(tan)氮共滲(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)、真空(kong)(kong)滲(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)+油淬(cui)(cui)+氣淬(cui)(cui)，并(bing)可(ke)以擁有對工(gong)(gong)業領(ling)域所使用的(de)各種(zhong)(zhong)材料和(he)零(ling)(ling)件進行相關的(de)熱(re)處(chu)(chu)理(li)(li)，如12Cr2NI4A、12CrNi3A等高(gao)和(he)金滲(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)鋼的(de)滲(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)及滲(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)后(hou)淬(cui)(cui)火(huo)(huo)，20CrMnTi等結(jie)構鋼的(de)滲(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)及滲(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)后(hou)的(de)淬(cui)(cui)火(huo)(huo)，1Cr13等不銹(xiu)鋼的(de)滲(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)及滲(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)后(hou)的(de)淬(cui)(cui)火(huo)(huo)，H13、W6Mo5Cr4V2等工(gong)(gong)模具鋼的(de)淬(cui)(cui)火(huo)(huo)、齒輪類(lei)(lei)零(ling)(ling)件、軸套(tao)類(lei)(lei)零(ling)(ling)件、精(jing)密軸承(cheng)、油泵油嘴機械(xie)件、精(jing)密機械(xie)零(ling)(ling)件等得淬(cui)(cui)火(huo)(huo)、退火(huo)(huo)等。

PJ-1266滲(shen)碳油淬氣冷真空爐

設備選(xuan)用乙炔氣體(ti)作為滲(shen)碳碳源，可(ke)以有效解(jie)決選(xuan)用滲(shen)碳甲烷(wan)或丙烷(wan)時氣體(ti)過早分解(jie)產(chan)生炭黑(hei)和焦油、滲(shen)碳不均勻(yun)、無(wu)法(fa)對(dui)(dui)盲孔 長(chang)孔 小孔進行深層滲(shen)碳的(de)(de)問題。滲(shen)碳時在爐體(ti)內壁充N¬2作為保護(hu)氣體(ti)防止(zhi)對(dui)(dui)爐體(ti)造成污(wu)染(ran)。滲(shen)碳時產(chan)生的(de)(de)少量(liang)炭黑(hei)通過專門的(de)(de)過濾裝(zhuang)置除去，避(bi)免了對(dui)(dui)環境和工件表(biao)面(mian)的(de)(de)污(wu)染(ran)。               

     齒輪在整(zheng)個熱處理(li)(li)技(ji)術中，滲(shen)碳(tan)處理(li)(li)占有(you)(you)相當大的比(bi)例。通過滲(shen)碳(tan)處理(li)(li)可(ke)實現在提高表面(mian)強度、硬(ying)度、耐磨、疲勞極限等性(xing)能(neng)的同時，還可(ke)保持心(xin)部的強韌性(xing)，使產(chan)品具(ju)有(you)(you)更(geng)高的綜(zong)合力(li)學性(xing)能(neng)。真空滲(shen)碳(tan)與普通氣體(ti)滲(shen)碳(tan)相比(bi)具(ju)有(you)(you)以下特點:

1、可在(zai)較高溫度（980～1100℃）下進行，真(zhen)空對工件表(biao)(biao)面(mian)有(you)凈化(hua)作用，有(you)利于碳(tan)原子被(bei)工件表(biao)(biao)面(mian)吸附，因而真(zhen)空滲(shen)碳(tan)可加(jia)速滲(shen)碳(tan)過程。

2、工件(jian)在(zai)真空條件(jian)下滲碳，表面不脫(tuo)碳，不產生晶(jing)界(jie)氧化，有助(zhu)于提高零件(jian)的疲勞(lao)強度(du)。

3、可(ke)直接(jie)將甲烷、丙烷或(huo)乙炔氣體直接(jie)真空爐(lu)內滲碳，無須添置(zhi)氣體制(zhi)備設備。

4、對(dui)于有盲(mang)孔、深孔、狹縫的零(ling)件，或(huo)不(bu)銹鋼(gang)、含硅鋼(gang)等普通(tong)氣體滲(shen)碳效果(guo)不(bu)好(hao)甚至難(nan)以滲(shen)碳的零(ling)件，真空滲(shen)碳都可以獲得良好(hao)的滲(shen)碳層。

5、真空滲(shen)碳(tan)(tan)的耗氣(qi)量僅為普通氣(qi)體滲(shen)碳(tan)(tan)的幾分之一(yi)或十幾分之一(yi)。

6、對環境基(ji)本上無污染。

低壓(ya)滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)(tan)不僅可以(yi)形(xing)成(cheng)無氧化物(wu)和(he)無污染物(wu)的表(biao)面，而且把滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)(tan)和(he)淬火結合起來，減少(shao)了(le)(le)零件(jian)變形(xing)，提高滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)(tan)溫度(du)(du)，減少(shao)了(le)(le)間歇式處理(li)的時間，大(da)(da)大(da)(da)降低了(le)(le)氣體和(he)能量消耗，采用乙(yi)炔(gui)氣體獨特熱分解(jie)作(zuo)為(wei)滲(shen)(shen)劑防止了(le)(le)炭黑(hei)的產(chan)生。所處理(li)的工件(jian)具有更大(da)(da)的滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)(tan)層深度(du)(du)，滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)(tan)層更加(jia)均勻，滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)(tan)質量具有良好(hao)的重復性(xing)，具有工件(jian)變形(xing)小、表(biao)面光亮，無需滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)(tan)后(hou)在(zai)進行(xing)機械加(jia)工，低壓(ya)真(zhen)空滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)(tan)采用冷壁真(zhen)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(chang)進行簡單敘述

設備現狀

真(zhen)空(kong)(kong)(kong)滲碳技(ji)(ji)術(shu)美國(guo)(guo)于(yu)1950年(nian)進行(xing)研(yan)究，1960年(nian)申(shen)請專利 ，真(zhen)空(kong)(kong)(kong)滲碳技(ji)(ji)術(shu)初見端倪(ni)。1972年(nian)Hayes Co.發表了這項(xiang)技(ji)(ji)術(shu)，促(cu)進了真(zhen)空(kong)(kong)(kong)滲碳技(ji)(ji)術(shu)的(de)應用和發展，美國(guo)(guo)、日本等國(guo)(guo)競相研(yan)制(zhi)和開(kai)發真(zhen)空(kong)(kong)(kong)熱處理爐設備。

與此同時(shi)，各公司的(de)真(zhen)空(kong)滲碳(tan)爐均(jun)是(shi)(shi)以真(zhen)空(kong)淬火(huo)為主(zhu)(zhu)體的(de)通用(yong)(yong)型真(zhen)空(kong)爐附(fu)加滲碳(tan)功(gong)能，是(shi)(shi)冷壁型的(de)。目前(qian)這種爐子(zi)仍(reng)是(shi)(shi)真(zhen)空(kong)滲碳(tan)的(de)主(zhu)(zhu)要設備，生產應(ying)用(yong)(yong)較(jiao)廣。當真(zhen)空(kong)滲碳(tan)溫度高于(yu)600℃時(shi)，丙烷(wan)很(hen)容易分(fen)解(jie)為碳(tan)、氫和甲烷(wan)，這種分(fen)解(jie)速率(lv)非常快，幾乎瞬(shun)間(jian)完成(cheng)，所以當丙烷(wan)氣進入加熱室(shi)內(nei)便開(kai)始(shi)分(fen)解(jie)，在被(bei)加熱工件(jian)的(de)附(fu)近(jin)空(kong)間(jian)更(geng)是(shi)(shi)傾向于(yu)大(da)量分(fen)解(jie)，致使加熱室(shi)內(nei)極易形(xing)成(cheng)碳(tan)黑，而在爐子(zi)中相(xiang)對溫度較(jiao)低(di)的(de)部(bu)位，如內(nei)殼或管(guan)道內(nei)，丙烷(wan)還形(xing)成(cheng)焦(jiao)油，對真(zhen)空(kong)泵組極為有害。

因而真空滲(shen)碳爐要(yao)求能(neng)夠排除或燒掉炭黑(hei)，無論從工藝(yi)上或裝備上實現排除炭黑(hei)都是十(shi)分必要(yao)的。

目(mu)前國內大部分采用可(ke)控氣(qi)氛(fen)滲碳(tan)(tan)技(ji)術(shu)，但仍存在其(qi)無法克(ke)服(fu)的弊端。例如(ru)，可(ke)控氣(qi)氛(fen)滲碳(tan)(tan)無法解決表面內氧化、高溫(wen)滲碳(tan)(tan)層及(ji)深層滲碳(tan)(tan)的問題，氣(qi)體滲碳(tan)(tan)也難以對不銹鋼(gang)、含硅鋼(gang)進(jin)行滲碳(tan)(tan)等等。

低(di)壓真空滲碳(tan)作為一全新且成(cheng)熟的(de)(de)(de)滲碳(tan)技(ji)術，在(zai)歐洲、美國、日本(ben)等(deng)地，已經在(zai)汽車、機械 、航空航天等(deng)領域獲得了廣泛的(de)(de)(de)應用，呈現出逐漸替代可(ke)控氣(qi)氛滲碳(tan)的(de)(de)(de)趨勢。尤其是(shi)在(zai)一些特定領域，更(geng)顯示出其卓越的(de)(de)(de)性能，如盲孔類零件的(de)(de)(de)長型噴油嘴針閥體、銷軸(zhou)類零件的(de)(de)(de)薄(bo)層滲碳(tan)等(deng)。這些件用一般的(de)(de)(de)可(ke)控氣(qi)氛滲碳(tan)是(shi)比較困難(nan)的(de)(de)(de)，而真空滲碳(tan)卻可(ke)輕易(yi)的(de)(de)(de)加以解決。

關于滲(shen)碳(tan)(tan)方(fang)(fang)式(shi)，在低壓真空(kong)狀態(tai)下，滲(shen)碳(tan)(tan)方(fang)(fang)式(shi)是通過數個(ge)(ge)子(zi)(zi)滲(shen)碳(tan)(tan)程序(xu)組(zu)成(cheng)(cheng)的(de)，包括多個(ge)(ge)強滲(shen)和子(zi)(zi)擴(kuo)散，所以(yi)此工(gong)藝方(fang)(fang)式(shi)又稱脈沖滲(shen)碳(tan)(tan)工(gong)藝方(fang)(fang)式(shi)。采(cai)取這種滲(shen)碳(tan)(tan)方(fang)(fang)式(shi)可(ke)以(yi)保(bao)證工(gong)件(jian)邊角不(bu)會產生過滲(shen)，也(ye)能夠保(bao)證工(gong)件(jian)表面(mian)不(bu)會積碳(tan)(tan)，形成(cheng)(cheng)碳(tan)(tan)黑。

因為(wei)真空(kong)滲(shen)碳(tan)(tan)時，滲(shen)碳(tan)(tan)件被均勻加(jia)熱到(dao)滲(shen)碳(tan)(tan)溫(wen)度(du)后，才(cai)通(tong)入滲(shen)碳(tan)(tan)氣體開(kai)始滲(shen)碳(tan)(tan)，并在滲(shen)碳(tan)(tan)過(guo)程(cheng)中采用脈(mo)沖滲(shen)碳(tan)(tan)，所以滲(shen)碳(tan)(tan)層(ceng)深度(du)和(he)表面(mian)含碳(tan)(tan)量都很均勻，滲(shen)碳(tan)(tan)層(ceng)組(zu)織非常(chang)優異，不存在網狀碳(tan)(tan)化(hua)物(wu)和(he)晶(jing)間氧化(hua)的問(wen)題。

1、經濟效益(yi)和主要經濟效益(yi)指標：

低壓真空(kong)滲碳(tan)爐在運行成本方面有(you)著很強大得(de)優勢：加熱時(shi)間短、抽真空(kong)快(kuai)速、滲碳(tan)氣體使用(yong)量少、淬火效率高(gao)、更(geng)長的(de)使用(yong)壽命和(he)更(geng)低的(de)保養成本，正是由于有(you)著這(zhe)樣(yang)的(de)優點，使得(de)設(she)備在市場上具有(you)較(jiao)大的(de)競爭(zheng)優勢。該(gai)設(she)備集真空(kong)滲碳(tan)和(he)真空(kong)淬火于一體，僅一臺(tai)設(she)備就(jiu)可實現(xian)客戶(hu)(hu)的(de)多種工藝要(yao)求，深得(de)客戶(hu)(hu)的(de)青(qing)睞(lai)。

2、社會(hui)效益：

3、市(shi)場預測分(fen)析(xi)及(ji)市(shi)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。