真空低压渗碳淬火热处理技术要求编制说明

1、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

2、热处理技术要求。2 标准应突出重点 , 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 , 没有及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、电力、汽车、机械制造、 工

3、具等各个行业。渗碳作为工程零件 热处理的一项关键技术 ,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

4、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+12ND 6CO+8H2+12N采用丙烷作为介质或 C 4H 10+2O2+8N步4CO+5H

5、2+8N采用丁烷作为介质 2C3C+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

6、、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

7、、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 1300C。因此具备 实现高温快速渗碳的基本条件。 彻底解决晶界氧化层难题 , 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 , 及某些易氧化的 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

8、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 , 有助于提升渗碳件抗疲劳强度 , 零件性能 显著提高。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 2-2C+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

9、 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27m m90m之间几乎未获得渗碳层。(a无晶界氧化层(b晶界氧化层图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X 500 (b可控

10、气氛渗碳 X 500图2可控气氛渗碳及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冬土 0.0 5C%渗碳深度偏差冬土 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、

11、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 设备只需要控制渗碳气氛的压力 和流量 , 工件到温后可马上进行渗碳 ,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

12、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 980C温度 条件下渗碳己经比较困难,而对于1000C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°C ,实现高温渗碳易如反掌。在真空炉中获得1.25mm渗碳层,930 C需要

13、5h,而1040C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、 降耗也越来越得到重视。 清洁生产和提高寿命及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

14、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。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

15、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

16、清除渗碳 钝化膜 , 保证渗碳质量和渗碳效率。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

17、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 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

18、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

19、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、质量控制及检 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 ; 根据淬火方式不同 , 可选择真空油 淬或高压气淬。2 设备的多用

20、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、W6Mo5Cr4V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、精密机械

21、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

22、能够实现这些 工作方式的自动完成。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/T8195.3 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

23、 , 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 4X 10-1Pa,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土5C ,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 ,

24、 对设备及仪表、工艺材料 ( 渗碳富化气 、工艺质量及检验提出 较高的要求。1 首先真空低压渗碳淬火炉加热室内结构材料在热处理中不应及工件或 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。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

25、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 , 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 ,

26、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。, 应在适当位置设置搅拌风 热油过滤装置并定期清理, 并做好记录。8 为保证真空渗碳淬火炉内温度及气氛均匀 扇。9 真空泵组及真空炉体之间应配备碳黑、 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高压气淬室要求 :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

27、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 , 单独供水 , 冷却水进口温度 为5C35C （对 于特殊要求的水温不大于27C ,应配有冷却水装置，出水口温升不应超过 20C（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 、

28、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 , 增压泵及高压储罐压强传感器应 设置安全互锁装置。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

29、控制。 淬火槽油面压强推荐 8X 104Pa; 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 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，真空油淬室应具有冬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1 真空低压渗碳富化气为乙炔

30、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1 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

31、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。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。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

32、920C1050C,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及工件在工艺过 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 ,

33、 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700C800C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 , 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5 x 105Pa10X 105Pa的高纯氮气 ( 或氩气 进行淬火 , 为了减少工

34、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。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20C50C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 8x104Pa 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150C出炉，油淬工件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及检验质最控制 :(1 热处理质量控制应符合 JB/T

35、 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。(2 硬度 表面硬度和心部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