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1、1/19 真空低压渗碳淬火热处理技术要求编制说明 1 项目背景 1.1 任务来源 本标准项目系根据全国热处理标准化技术委员会 2008年 10 月下达的“国家推荐性标准 项目建议书”而编写的,本标准计划编号为:20090217-Q-9。本标准由北京机电研究所负责起草,根据真空低压渗碳淬火热处理设备和工艺技术发展 现状和趋势,在征求全国 10家企业、大学及科研单位专家的意见,采纳全国热处理标准化技 术委员会提出的修改建议而编写的。1.2 编制原则和编制过程 l 本标准的制定主要参考国外几大设备制造商的企业标准,结合国内现状和未来技术发 展方向,制定符合中国国情的真空低压渗碳热处理技术要求。2 标
2、准应突出重点,求实不求全,对真空低压渗碳热处理设备、工艺、安全等方面制定 规范。3 标准的制订要遵循国家法规,没有与国家现行的有关标准和原则相矛盾。2 真空低压渗碳热处理行业概况 2.1 渗碳热处理行业在我国的发展概况 2.1.1 我国渗碳热处理行业现状 经济的高速发展,技术的快速更新,要求各类“工程机械零件”精度更高、性能好、使 用寿命更长、生产效率更高,同时生产过程要更环保。渗碳是零件表面改性的一种热处理手段,是关键的基础加工制造工艺。渗碳热处理可以 有效提高钢铁零件疲劳强度、耐磨性,广泛应用于航空航天、船舶、电2/19 力、汽车、机械制造、工具等各个行业。渗碳作为工程零件热处理的一项关键
3、技术,其质量不仅影响零件性能和使 用寿命,而且直接影响到整机的精度、可靠性和使用寿命。日前国内渗碳热处理装备主要以 气体渗碳为主,但由于气体渗碳存在诸多不足,不能够满足对于提高产品性能和可靠性以及 清洁生产的要求。具体体现在:l 气体渗碳采用含氧型渗碳介质。由于渗碳介质中存在氧的成分,因此在渗碳过程中不可避免的会在零件表面形成晶界氧 化层,晶界氧化层的存在对于零件的耐磨性能和疲劳性能都有着非常大的影响,同时也无法 保证零件渗层均匀性等要求,降低了零件的使用寿命,增加了汽车的安全隐患。同时晶界氧 化层会在金属表面形成钝化膜,而钝化膜的存在直接阻碍了碳元素向金属内部的扩散,因此 气体渗碳过程必须延
4、长渗碳时间,使得生产过程能耗居高不下。2 气体渗碳设备热损失大、能耗高。气体渗碳设备密封性能差,并采用原料气置换空气的方法来防止零件在高温下的氧化问 题。因此设备本身的热损失较大,同时气体在炉内的循环和排放也大幅度的提高了生产过程 中的热损失。气体渗碳设备的工作特点决定了气体渗碳技术进步无法解决高耗能的问趣。3气体渗碳温室气体排放量大。气体渗碳的基本原理是:2C 3H 8+3O2+12N26CO+8H2+12N2(采用丙烷作为介质或 C 4H 10+2O2+8N24CO+5H2+8N2(采用丁烷作为介质 2COC+CO2(生成活性碳,同时产生二氧化碳 通过原料气的反应生成 CO,然后通过 CO
5、 的分解形成活性碳,进行渗碳。在 CO 分解过程 中出了形成活性碳,同时也形成了 CO 2。为了避免零件被氧化,同时也是为了保持和调节炉内 碳势,气体渗碳设备工作时自始至终都需要通入原料气,上述反3/19 应式中+或+始终都 在进行,因此温室气体排放最巨大。同时由于反应式中或的进行,分解出大最的 H 2,因 此设备操作过程也存在着安全隐患。2.1.2真空低压渗碳热处理技术优势 真空低压渗碳热处理是一项环境友好型新技术,在欧美等发达国家已经得到广泛的应用,其节能、节材、环保等特点己经得到广泛的认可,是热处理技术发展的主要方向之一。特别 是对比传统热处理手段,真空热处理具有无氧化、无脱碳和小畸变的
6、优越性,其零件处理精 度和使用寿命均得到大幅度提升,因此国内自 20世纪 90年代以来在国内航空航天、汽车行 业、船舶、兵器军工、电子、模具等行业的应用越来越广泛。真空低压渗碳技术的出现使得实现高温快速渗碳成为可能。真空高温低压渗碳技术采用 乙炔气体为渗碳介质,并采用 1503000Pa较低的渗碳压力进行脉冲渗碳。真空高温低压渗 碳具有环境友好、可实现高温渗碳、提高渗碳速度、避免晶界氧化层、渗层易控、可对形状 复杂(深孔、盲孔件渗碳等优点;真空高温低压渗碳技术的先进性具体农现在:工作温度高。真空高温低压渗碳设备的正常工作温度一般可以达到 1300。因此具备 实现高温快速渗碳的基本条件。彻底解决
7、晶界氧化层难题,提高渗碳件质量。最近由于对材料内氧化机理的研究,人们认识到内氧化是影响渗碳零件寿命的一个重要 因素,渗碳过程中,氧原子扩散到零件内部,与某些易氧化的合金元素形成氧化物,使得金 属表面附近基体组织中的合金元素(如 Mn、Cr 等贫化,淬透性、硬度、疲劳强度降低,导 致零件表面出现早期失效,使用寿命降低。法国已把内氧化作为渗碳质量检验的一项内容。即使在发达国家,高水平的气体渗碳技术,其渗层也不可避免地会出现晶界氧化层,图 l(b 即为渗碳后金属表层组织中出现的晶界氧化层。在真空条件下,氧的分压非常低,因此在渗碳面不会因微量氧化而产生晶界氧化(亦称 内氧化或黑色组织,有助于提升渗碳件
8、抗疲劳强度,零件性能显著提高。4/19 真空高温低压渗碳由于渗碳机理不同,渗碳过程无“氧”介入,碳的渗入不是靠“CO”传递,而是靠含碳氢介质气 C 2H 2直接裂解实现的(C2H 22C+H2。所以真空渗碳可以说是从根 本上杜绝了晶界氧化的出现,确保了渗碳后金属表面层性能的均匀一致,如图 l(a,且疲劳 性能明显高于气体渗碳。同时采用真空高温低压渗碳,没有晶界氧化的阻碍,使得渗层更均 匀,可以获得更好的零件显微组织,如图 2所示,有效提升零件渗碳质量。另外采用乙炔作为真空高温低压渗碳气具有很强的盲孔内表面渗碳能力,有效解决了其 他渗碳方式和渗碳气体对盲孔渗碳能力差的弱点。如图 3和图 4实验结
9、果表明,乙炔渗透能力非常强,在 90mm 的细孔范围内得到了均匀的 渗层,而乙烯和丙烷均在孔口起始很少一段距离内被渗碳,在 27mm90mm之间几乎未获得渗 碳层。(a无晶界氧化层(b晶界氧化层 5/19 图 1 气氛渗碳和真空高温低压渗碳后工件表面晶界氧化层对比 (a真空高温低压渗碳 500(b可控气氛渗碳 500 图 2 可控气氛渗碳与真空高温低压渗碳后的显微组织比较 图 3 盲孔渗碳实验零件示意 6/19 图 4 盲孔内表面硬度分布曲线 控制简便,零件处理质量高,工艺再现性好 对于普通的气体渗碳,进行高水平的渗碳需要控制复杂的碳势控制系统,专业性强,过 程复杂,难以掌握。而真空高温低压渗
10、碳的控制系统仅需控制渗碳气氛的压力和流量,控制 简便,便于设备和技术的推广应用。同时该系统能够对零件的渗碳过程进行精确控制,因此 零件的渗碳质最更好,可以实现表面碳含量均匀性0.05C%;渗碳深度偏差0.05mm的 高水平的技术要求,所处理的工件有良好的重复性,且可以实现真空油淬或高压气淬,工件 变形小、表面光亮,无需渗碳后再进行机械加工。真空高温低压渗碳装备启动快,周期短,渗碳能源气消耗最小 气体渗碳炉加热室中,工件均温后不能立即开始渗碳,需要靠氧探头、红外仪调节气氛 的碳势,比较“耗时”,所以说启动慢。而真空高温低压渗碳设备只需要控制渗7/19 碳气氛的压力 和流量,工件到温后可马上进行渗
11、碳,且控制简便,启动时间大大缩短。另外,利用真空高 温低压渗碳设备和工艺的特点,有效清除阻碍渗碳的钝化膜,加之在真空条件下金属表面呈 活性状态,渗碳速度比传统的气氛渗碳更快速,而且,通过适当提高渗碳温度,可以大大缩 短渗碳时间。真空高温低压渗碳周期短原因在于:(a真空高温低压渗碳时,在低压(真空中加热,金属表面被净化,活性强,金属表 面没有阻碍渗碳的钝化膜(晶界氧化层产生,裂解后的活性碳原子容易被金属表面吸附、渗入并扩散,为此渗速加快。根据渗速不同,工艺周期相对于气体渗碳热处理可以减少 20%50%。这是气体渗碳无法达到的。(b 气体渗碳时提高渗碳温度相对比较困难,由于在大气条件下加热,实现
12、980温度 条件下渗碳己经比较困难,而对于 1000的高温渗碳,更是无法实现。但对于真空高温低压 渗碳而言,其最高温度可以达到 1300,实现高温渗碳易如反掌。在真空炉中获得 1.25mm 渗 碳层,930需要 5h,而 1040渗碳只需 2h。2.1.3 真空低压渗碳热处理技术典型应用 2.1.3.1 汽车工业 根据中国汽车工业协会统计,2010 年中国汽车生产量达到 1826.47 万辆,再次蝉联全球 第一,其中乘用车产量达到 1389.71 万辆,商用车产量达到 436.76 万辆。汽车工业已经成为 中国经济的支柱产业。随着我国汽车行业的迅速发展,汽车制造环节的节能、节材、减排、降耗也越
13、来越得到重视。清洁生产和提高寿命与安全性已经成为我国汽车工业健康发展必须 面对和解决的重大问题。渗碳热处理可以应用于汽车发动机、变速箱、传动器、转向机、传动轴等部件中所有的 传动和耐磨零件,如各种齿轮、轴类等的零件,是保证汽车性能和质量的最关键的热处理工 序。据统计,国内每年仅各类汽车齿轮渗碳处理量就超过 200 万吨。8/19 真空低压渗碳热处理成套技术应用于汽车工业优势:z 彻底解决普通气体渗碳形成晶界氧化层的难题,大幅度提高零件的耐磨性和抗疲劳 强度。z 提高渗层均匀性等质量。z 可以提高渗碳温度,可以大幅度缩短厚层渗碳的工艺时间。z 真空低压渗碳生产线可以满足大批量零件生产的需求,同时
14、具有节能、节气、环保 等优势。2.3.2航空航天工业 航空航天工业零件渗碳生产的特点是多品种、小批最,同时具有零件形状复杂、渗碳质 量要求高、大量不锈钢渗碳等特点。采用真空低压渗碳设备可以有效的解决上述问趣:z 采用真空高温低压渗碳后进行高压气淬可以有效控制形状复杂零件的变形,变形最 可以控制在 0.05mm 以内。z 真空高温低压渗碳技术可以实现高水平的渗碳均匀性,渗碳质量大幅度提高。z 传统的气体渗碳技术不能解决内表面、内花键防渗问题,必须采用真空高温低压渗 碳专用防渗碳技术。z 不锈钢类材料渗碳一直是国内外技术难题。由于不锈钢类材料表面自身氧化和在传 统的气体渗碳炉产生的微量氧化,都极易
15、在不锈钢表面产生渗碳钝化膜,影响渗碳质最和渗 碳效率,而真空高温低压渗碳设备具有“真空高温”下的还原性好的特点配合真空低压渗碳 专用工艺,可以有效清除渗碳钝化膜,保证渗碳质量和渗碳效率。9/19 因此航空航天系统的关键零部件采用真空高温低压渗碳设备进行渗碳是必然的选择。2.2 真空低压渗碳热处理装备在国内外发展概况 目前国际上仅有美国 IPSEN 公司、法国 ECM 公司、德国 ALD 公司等国际知名公司陆续开 发出真空高温低压渗碳设备,并成功进行了推广。特别是法国 ECM 公司在此领域上具有优势,已经形成产业化。国际上此技术的应用主要为汽车行业、航空航天行业、工具行业等,采用 此项技术后对于
16、提升零件的处理质最、提高装配精度、提高使用寿命、节能降噪等方面具有 无可比拟的优势。国内目前系统开展真空低压渗碳设备和工艺研究的只有北京机电研究所等少数几家单 位。北京机电研究所从 20世纪 80年代就开始研究真空渗碳设备和工艺成套技术,1991年北 京机电研究所开展的真空渗碳技术研究项目获得原机械部科技进步二等奖,2009年真空高温 低压渗碳设备获得国家科技重大专项的支持,多年的研发积累使得真空低压渗碳在核心技术 层面上形成突破,已经研制出接近国际先进水平的真空低压渗碳设备,技术上趋于成熟,形 成了自己的系列产品,并成功的进行了推广应用。3 标准制订的必要性分析 由于国际上仅有美 IPSEN
17、 公司、法国 ECM 公司、德国 ALD 公司等国际知名公司开发出了 真空高温低压渗碳设备,但目前国际上尚无通用标准,主要依据是执行几大制造商的企业标 准,其企业标准内容和要求不一致。而在我国国内也无此项新技术的标准,因此对于国内研 发此技术的生产厂家和使用此技术的用户,无标准可以规范,对此技术的推广应用十分不利,所以国内急需制定相关标准。本标准的制定主要将参考国外几大设备制造商的企业标准,结 合国内现状和未来技术发展方向,制定符合中国国情的真空低压渗碳热处理技术要求。本项 标准的制订将规范真空低压渗碳热处理新技术的应用,推动技术发展和进步,促进相关行业 的健康发展。4 标准主要技术内容 10
18、/19 4.1 标准适用范围 本标准适用于钢件采用渗碳富化气进行真空低压渗碳淬火的热处理装备和工艺。4.2 标准的主要内容和编制依据 4.2.1 标准的主要内容 本标准的主要内容为真空低压渗碳淬火设备要求、工艺及工艺过程要求、质量控制与检 验、安全卫生和环保要求及附录经验数据等内容。4.2.1.1 真空低压渗碳淬火设备特点及要求 真空低压渗碳淬火热处理设备的突出特点是选择的多样性、具有多种用途和先进的渗碳 控制系统。1 选择的多样性用户可根据不同的要求,对低压真空渗碳淬火热处理设备做出多种选择,包括:根据设备配置处理室个数的要求,选择单室结构、双室结构、二室或多室连续式生 产线;根据淬火方式不
19、同,可选择真空油淬或高压气淬。2 设备的多用性。真空低压渗碳淬火热处理设备具有多种用途,能灵活实现多种热处理 工艺,如真空渗碳、真空碳氮共渗、真空渗碳,油淬、真空渗碳,气淬,以及真空炉的全部 功能(包括真空油淬、真空气淬、真空退火、真空正火、真空回火、真空钎焊等,并可以用 于对工业领域所使用的各类材料和零件进行相关的热处理,如 12Cr2Ni4A、12Cr2Ni3A 等高合 金渗碳钢的渗碳及渗碳后的淬火,20CrMnTi 等结构钢的渗碳及渗碳后的淬火,1Cr13等不锈 钢的渗碳及渗碳后的淬火,H13、W6Mo5Cr4V2 等工模具钢的淬火,齿轮类零件、轴套类零件、精密轴承、油泵油嘴机械件、精密
20、机械零件等的淬火、退火等。3 渗碳控制系统。低压真空渗碳淬火热处理设备中配备了先进的渗碳控制系统。该系统 使用先进的电磁控制阀,启闭速度快。该系统中包括个专用的渗碳工艺模拟专家系统,它可 以依据材料的成分、渗层深度的要求和表面碳浓度的要求,实现11/19 渗碳工艺参数的自动注入和 修改,并对渗碳温度、子强渗和子扩散时间、渗碳气体流量和渗碳压力等渗碳参数进行精确 控制。该渗碳控制系统安装有液晶触摸屏,能够实时监视设备的运行状态,显示设备当前的 实时数据,如真空度、温度、流量、压力等,并能形成工艺曲线。并可以满足任何复杂热处 理工艺所要求的设备各种工作方式,PLC 能够实现这些工作方式的自动完成。
21、另外,渗碳控制 系统还具有密码保护功能、故障自诊和监控功能、远程控制和诊断功能。真空低压渗碳淬火热处理设备一般要求:1 真空低压渗碳淬火炉应满足热处理工艺规范,技术参数应符合 GB/T 22561真空热处 理、GB/T 10067.1电热设备基本技术条件第 1部分:通用部分、GB/T 10067.4 电热设备基本 技术条件第 4 部分:间接电阻炉、JB/T 8195.3 间接电阻炉 ZR 系列真空热处理和钎焊炉、JB/T 8195.4 间接电阻炉 ZC 系列真空淬火炉等标准的有关规定。2 真空低压渗碳淬火炉应能充分保证工作真空压强,配有机械泵、罗茨泵、扩散泵等组 成的真空系统,真空系统应带有充
22、分的抽气能力以维持相关热处理工艺要求的真空水平。3在空炉并经干燥、除气的情况下,不同工作容积的真空炉,应在规定的时间内抽到规 定的真空工作压强。加热室冷态极限真空压强不低于 410-1Pa,抽气时间应不大于 30min。4 真空低压渗碳淬火炉在冷态空炉并充分干燥后的压升率应小于 0.5Pa/h。5 真空低压渗碳淬火炉应保证炉温均匀性不大于5,真空炉的炉温均匀度的检验方 法应符合 GB/T9452 的规定。真空低压渗碳淬火热处理设备设计应符合 JB/T 10175(热处理质量控制要求的规定,对设备及仪表、工艺材料(渗碳富化气、工艺质量与检验提出较高的要求。l 首先真空低压渗碳淬火炉加热室内结构材
23、料在热处理中不应与工件或渗碳富化气发生 不良反应,加热室内结构材料应选择质量好的碳毡、陶瓷纤维及优质石墨件。12/19 2 真空低压渗碳淬火炉应配备温度自动调节、纪录和报警装置。3 真空低压渗碳淬火炉各加热区段都必须配置独立的温度控制系统,对于有效区较大的 设备,可采取分多区加热,各区段的加热功率配置应满足所涉及额定载荷的加热、保温的需 要,且应保证温度均匀性符合要求。4 真空低压渗碳淬火炉加热室的每个加热区至少应有两支热电偶,一支接温度自动控制 仪表,另一支接温度指示自动记录仪表,安装在靠近炉子的有效加热区。其中,一块仪表具 有超温报警功能。5 真空低压渗碳淬火炉温度测量系统在正常使用状态下
24、,应定期做系统精度校验。6 炉子应配有系统精度校验热电偶安装孔。配置电压、电流、电能消耗、加热区温度、炉内压强、冷却水温度测量指示仪表渗碳工艺气氛压强、流量测量指示和控制,冷却水管压 强、流量测景指示和控制仪农。7 真空低压渗碳淬火炉采用低压脉冲的方式向炉内送入低压渗碳气。根据真空炉有效工 _作区尺寸,炉内渗碳气喷嘴应有一组或多组,并可根据装炉条件和渗层等工艺要求的不同,开启一组或多组。每组喷嘴配备有各自独立的送气系统,应能够通过质量流量计独立精确控 制渗碳气送气的流量和压力,确保炉内气氛均匀。对于密集装炉条件,渗碳气喷嘴的设计应 满足有效工作区心部渗碳气氛的有效供给,保证渗碳的均匀性。8 为
25、保证真空渗碳淬火炉内温度及气氛均匀,应在适当位置设置搅拌风扇。9 真空泵组与真空炉体之间应配备碳黑、热油过滤装置并定期清理,真空泵应定期换油、维护保养。10 真空渗碳淬火炉应定期进行检查和维护,并做好记录。高压气淬室要求:13/19 l 高压气淬室设计、制造、检验、安装应符合 GB 150的规定,高压气淬室应配备压力 传感器、自动放气阀、安全保护阀等装置;2 高压气淬室应配备淬火冷却气氛充入压强自动控制和压强自动补偿功能;冷却搅拌风 扇转速和搅拌时间应可以调节,以适用不同工艺要求;3 高压气淬室热交换器和导风装置设计、制造应能满足高压气淬工艺要求;4 高压气淬室热交换器一般采用水冷方式,单独供
26、水,冷却水进口温度为 535(对 于特殊要求的水温不大于 27,应配有冷却水装置,出水口温升不应超过 20(气淬时允 许短时超过;5 快速冷却水压力不小于 0.2MPa,流最可以调节、配有断水报警保护装置;6 高压气淬室放气管路应配备消音器;7 高压气淬室应具有压力调节功能,可以适应工件缓冷要求;8 高压淬火用气优先选用高纯氮气(N2,也可用氩气(Ar、氢气(H2、一氧化碳气(CO 以及它们之间同比例的混合气,纯度应符合 JB/T 7530 要求;9 对于淬火压力要求大于 0.8MPa 的储罐,应采用液氮增压泵+气化方式达到储罐设定压 强。为确保增压充气安全,增压泵与高压储罐压强传感器应设置安
27、全互锁装置。真空油淬室要求:1 真空油淬室内应设有送料机构和淬火升降机构。送料机构完成工件在加热室和冷却室 之间的转移,淬火升降机构完成工件的入油淬火;2 送料机构和淬火机构应保证运行平稳,并保证工件的淬火转移时间(应符合 JB/T 8195.4规定;3 淬火槽淬火瞬间充入氮气时,油面压强应能自动控制。淬火槽14/19 油面压强推荐 8104Pa;4 淬火油槽温度应能自动控制和调解,采用具有控温的功能仪表、热电偶、油加热器等 对真空淬火油温度进行控制;5 淬火油搅拌速度应具备调节和自动控制功能:6 淬火油导流装置和油冷却换热器应满足工艺要求;7 淬火油槽应安装油位指示计和油位安全报警装置;8
28、淬火油应选用真空淬火油,满足工件真空淬火后的硬度及光亮度要求,符合 JB/T6955中的相关规定;9 首次加油后要进行加热、抽真空除气;10为适应工件缓冷要求,真空油淬室应具有0.2MPa 气冷功能。4.2.1.2真空低压渗碳淬火工艺材料渗碳富化气要求 l 真空低压渗碳富化气为乙炔气(C2H 2时,纯度不低于 96%,其它富化气纯度应符合 GB 6819的规定。2 工艺过程压强调解用气体为:高纯氮气(N2,纯度不低于 99.996%,并应符合 JB/T 7530 的相关规定。4.2.1.3 真空低压渗碳淬火工艺及工艺过程要求 l 真空低压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,
29、典型的压力 范围是 1503000Pa。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(C2H 2和丙烷(C3H 8。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。15/19 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
30、个子渗碳程序包括强渗 期和扩散期两个阶段。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。真空低压渗碳温度一般为 9201050,工艺气氛进口压强一般设定为 0.2MPa,并能维持恒定。强渗过程中富化气的供给应采用脉冲方式通入,气体压力、流量应 保持稳定。为了平衡炉内压强,扩散过程可通入适量氮气。2 工件及工装。入炉工件及工装夹具应进行清洗,不应有锈斑,不应有对工件、炉膛产 生有害影响的污物、低熔点涂层、镀层等。需要防渗碳部位可采用镀层或戴防渗螺帽等办法。工装夹具的选择应防止与工件在
31、工艺过程中发生共晶反应或粘合,若会发生反应,可采用 Al2O3 粉隔离。工件畸变要求比较严时,可设计和使用专门的工装夹具或模具。3 加热及保温。工件入炉后达到规定的工作压强加热升温,控制升温速度,使工件各部 分之间不产生明显的温差。根据工件形状、装炉方式以及对变形的要求选择不同的加热速率,一般在 700800保温,待工件温度一致,继续升温到工作温度并保温 20min30min 后开 始渗碳。4 渗碳和扩散。真空低压渗碳保温时间分为:渗碳时间、扩散时间。渗碳和扩散总时间 可通过具体实验,按附录 A 公式计算获得。渗碳时间和扩散时间之比主要按表面碳浓度和浓 度梯度来确定,可参考附录 B 相关数据,
32、或根据具体实验获得。5 淬火冷却 高压气淬:高压气淬时根据材料的淬透性通入 5105Pa10105Pa 的高纯氮气(或氩气 进行淬火,为了减少工件变形,高压气淬过程可以在不同阶段通过选择不同的冷却速度和冷 却时间来实现对工件的分阶段冷却淬火。16/19 油淬火:真空淬火油在淬火前应充分脱气并排除水分,必要时适当加热,使油温控制在 2050范围内。为控制油面压强,淬火时应充入高纯氮气,并控制在压强为 8104Pa 左 右。淬火时,油槽应进行搅拌和循环冷却。炉冷:按工艺规定应随炉冷却时,冷却过程应保持真空压强,当炉温降至一定温度后方 可停止抽真空。6 出炉及清洗工件应冷到小于 150出炉,油淬工件
33、出炉后应进行清洗除油。4.2.1.4 真空低压渗碳淬火质量控制与检验 质最控制:(1 热处理质量控制应符合 JB/T 10175 和本标准的规定执行。(2 工艺前工件的表面应无油污、伤痕及锈蚀,其原材料及金相组织应符合要求。(3 对局部渗碳的工件应有适当的保护措施。(4 工件装夹是应避免工件相互接触。(5 真空渗碳炉设备的各工艺参数应稳定在工艺规定的范围内,应定期对温控表、质量 流量计进行检查,以保证其工作准确性。(6 渗碳所用富化气气源质量应稳定。质量检验:(1 外观 工件表面应光亮、无裂纹及氧化等缺陷。一般采用目视检查,必要时可采用 体镜或放大镜等确认。17/19(2 硬度 表面硬度和心部
34、硬度应符合工件图样规定或符合工艺规定的技术要求,偏差 要求应符合 JB/T 3999 规定或供需双方的技术协议要求,硬度检验方法应符合 GB/T 230.1、GB/T 4340.1、JB/T 6050的规定。(3 渗碳淬火硬化层深度 硬化层深度应符合图样要求或工艺规定的技术要求,偏差应 符合 JB/T 3999 规定或供需双方的技术协议要求,硬化层深度的检验方法应符合 GB/T 9450 的规定。(4 金相组织 金相组织检查应包括马氏体级别、表面残留奥氏体数最、表面非马氏体 组织、碳化物形态分布及数最等。金相组织检查应符合 GB/T 3480.5、GB/T 25744的规定,或按供需双方的技术
35、协议要求。(5 畸变 畸变应符合产品过程控制中对畸变呈的要求,工件畸变量使用相应的测量仪器或量具进 行检验。(6 其他 依据产品要求,做其它力学性能的检测。检测方法采用相应专门设备和标准进行。4.2.1.5 真空低压渗碳淬火安全卫生和环保要求 l 安全卫生应符合 GB 15735、GB 5959.1、GB/T 5959.4 和 JB 8434的规定。2 真空渗碳淬火工艺中使用气体不允许进入空气,保证安全进出炉。3 真空热处理过程中气体排放应符合 GB3095 的要求,必要时应对排出气体进行净化处 理。4 在常压下加热元件对地绝缘电阻应不低于 5M,在不通冷却水条件下测量。18/19 5 高压储
36、气罐及管路按特种设备要求,由所在地技术质量监督局定期检定。6 高压储罐与增压系统安装、管路连接、验收必须有相应资质的部门人员完成并严格执 行安检程序。7 生产过程中突发停电、停水、停气等意外事故时设备本身和现场管理,应有相应的安 个应急措施以保证人员、设备和工件的安全。8 易燃易爆气体应存放在专用库房内,设置明显安全警示标志,并应妥善保管和安全使 用。4.2.2 标准的主要编制依据 编制主要依据国家相关技术标准(见本标准中规范性引用文件,同时参考国外相关真空 炉企业的企业标准,并结合国内该领域技术发展现状、趋势和国内实际情况等。5 主要国家、地区及国际组织相关标准 国际上仅有美 IPSEN 公
37、司、法国 ECM 公司、德国 ALD 公司等国际知名公司陆续开发出真 空高温低压渗碳设备,并成功的进行了推广。目前国际上尚无通用标准,主要执行的几大制 造商的企业标准,其企业标准内容和要求不一致。6 附录 附录 A 为资料性附录,名称:真空低压渗碳渗层深度和保温时间的计算公式。内容中给 出了“真空低压渗碳渗层深度和保温时间的关系”。锁定了“真空低压渗碳的保温时间和装炉 量(质量、表面积、渗剂种类(成分、流量、压力、深层深度(全渗层、有效渗层%C、被 渗材料成分、工装及摆放方式”这些影响因素后,“CHD=KT 1/2”计算渗碳时间和扩散时间之和。19/19 式中:CHD 一一渗碳层深度,单位为毫米(mm;K 一一温度系数;T 一一渗碳时间 T c 与 扩散时间 T d 之和,单位为小时(h。注:K值可通过锁定影响因素,在具体实验中求出。附录 B 为规范性附录,名称:表面碳浓度和渗碳时间与渗碳扩散时间对比参考数据。内 容中明确了表面碳浓度和渗碳时间与渗碳扩散时间之比有关,并给出了表 A.l 说明此关系。表 A.1 表面碳浓度为 0.8%C 时的渗碳时间 T c 和扩散时间 T d 之比 温度/T c/T d 880 1.0 930 1.5 980 2.2 1050 3.5