【文章內容簡介】 碳當量 /g — 46 29 44 碳氧比 1 2 3 2 用途 稀釋劑 滲碳劑 強滲碳劑 滲碳劑 煤油 — 強滲碳劑 煤油是傳統(tǒng)的滲碳滴注劑，如圖顯示了煤油熱分解氣成分與穩(wěn)定的關 系。煤油價格低廉，滲碳能力強，但單獨使用煤油滲碳會在高 溫裂解后產生大量 CH4 和 [C]，爐內積碳嚴重，爐內氣氛的成分和碳勢不穩(wěn)定，不易控制?，F(xiàn)在， 采用甲醇 — 煤油混合液作為滲碳滴注劑，其中甲醇是稀釋劑，煤油是滲碳劑，可 以明顯的減少炭黑。為了保證甲醇和煤油裂解反應充分進行，應保證四個條件： 一是爐氣靜壓＞ 1500Pa；二是滴注劑必須直接滴入爐內；三是加濺油板；四是滴 注劑通過 400～ 700℃溫度區(qū)的時間≤ 。 煤油熱分解氣成分與溫度的關系 ② 準備 a. 按照井式氣體滲碳爐的操作規(guī)程檢查設備， 確保設備正常運轉。新爐或更換爐襯的爐子，工件滲碳前應對 爐罐和掛具進行預先滲碳。預先滲碳時間 一般為：新爐罐 8~12h，舊爐罐 4h 左右，掛具 4h。 b. 清除工件表面油污、 銹斑、毛刺和水跡 （常用 10%的 Na2CO3 水溶液、 汽油或四氯化碳等作清洗介質，以除去油污及其他污染；對有銹的工件，可用砂 紙打磨或進行噴砂，或用 10%的硫酸水溶液（ 40~80℃）浸洗，酸洗后應有堿中 和并清洗干凈） ，確保工件表面無碰傷或裂紋。 c. 對工件的非滲碳部位進行涂防滲涂料，其厚度一般應 。此外 還可以采取預留加工量， 或對不需要滲碳部位用緊密固定的鋼套 及軸環(huán)等寶華方 法。 d. 試樣的準備 試 樣的材質應與工件相同。 試樣有兩種： 一種是Φ 10mm 100mm 的爐前試棒，用于確定出爐時間；另一種是與工件形狀相似的隨爐試 塊，與工件一起處理，用于檢查滲碳層深度及金相組織。 e. 檢查滲劑的數量是否充足。 f. 應定期清理爐內炭黑，以免引起碳層不均。 ③ 工件裝爐 a. 將工件裝入料框或掛在吊具上，我的方法是放在我個人設計的托盤 上，然后獨個的用吊車吊放在井式爐中，裝吊方式要有利于減少工件的變形。 b. 若每層放入的工件不止一個，工件相互間或工件與料框間的 間隙應 大于 5mm，層與層之間也可用絲網隔開，以保證滲碳氣氛的流通，使?jié)B碳層均 勻。 c. 在每筐有代表性的位置處方一塊試塊。 d. 裝爐重量及裝料總高度硬小于設備規(guī)定的最大裝載量和爐膛有效尺 寸。 e. 材質相同、滲碳層技術要求相同、滲碳后熱處理方式相同的工件， 放在同一路生產。 ④ 操作過程 a. 升溫裝爐。將空爐升溫至 600℃，啟動風扇，在 800℃開始滴入滲劑，到滲碳溫度 930℃即可裝爐（嚴禁在 750℃時向爐內滴入任何有機液體，以防止 低溫下其滴入爐內造成爆炸） 。 b. 工件裝爐后，肯定會 導致爐溫下降，此時應控制爐子的升溫速度， 使工件各部分之間不產生明顯的溫差。 20CrMnTi 鋼是亞共析鋼，原始組織為鐵 素體 +珠光體，當溫度超過 Ac1 線時，珠光體轉變?yōu)閵W氏體，該轉變的驅動力為 珠光體與奧氏體的自由焓差。當問到超過 Ac3 線時，會發(fā)生鐵素體與奧氏體之間 的相互轉變。當奧氏體晶核在鐵素體的相界面上形成后，就出現(xiàn)了奧氏體 A 與 原始組織之間的新界面： A/P、 A/F。奧氏體晶核的長大時通過滲碳體的溶解、 碳原子在奧氏體中的擴散， 以及奧氏體兩側的界面向鐵素體和滲碳體推移來實現(xiàn) 的。奧氏體 的長大速率受碳的擴散控制。具有面心立方晶格的 Ni、 Mn、 Cu 等元 素以及 C 會擴大奧氏體相區(qū)， Cr、 Ti 會縮小奧氏體相區(qū)。 20CrMnTi 鋼是本質細 晶粒鋼，奧氏體晶粒比較細，熱處理后強度較高，塑性、韌性也比較好。 c. 排氣階段。工件入爐后，將爐蓋壓緊密封。開始加熱，并啟動風扇。 由于爐溫大幅度下降，同時還有大量的空氣進入爐內，因此本階段的作用是要使 爐溫迅速恢復到規(guī)定是滲碳溫度，同時，要盡快排除進入爐內的空氣，防止工件 產生氧化。加大甲醇或煤油的滴量可增加排氣速度，使爐內較快形成還原性氣氛 或 滲碳性氣氛。若用煤油排氣，滴量只能適當增加，因為此時爐溫較低，煤油分 解不完全， 滴量過大， 易產生大量的炭黑。 滴量的大小應根據爐子的容積來確定。 排氣階段的時間，通常是爐子達到滲碳溫度后再延續(xù) 30~50min，以便完全清除 爐內的 CO H2O、 O2 等氧化脫碳性氣體。當滴入滲碳劑時，應打開排氣孔進行 排氣，將廢氣點燃。待爐溫達到 900℃時，加大滲碳劑的滴量，加速排氣，至 CO2 體積分數小于 %是排氣結束（注意：僅憑火苗顏色判斷排氣程度的做法 是不正確的） 。 d. 滲碳階段 滲碳階段。此 階段的作用是滲入碳原子，并獲得一定深度的滲層。 主要分為三個階段：滲碳介質的分解、工件對碳原子的吸收、碳原子的擴散。 第一階段分解階段 分解階段是指滲碳劑通過反應，形成了滲入鋼表面的活性碳原子。這里 分解階段 是煤油在 930℃時發(fā)生分解反應，分解后產生 CO、 CH CnH2n+ CnH2n、H CO O N2 等氣體，其中 CO 為弱滲碳氣體， CH4 為強滲碳氣體，在 930℃是， 會在工件的表面進一步分解，形成滲入能力很高的活性碳原子 [C]。第二階段吸 吸 收階段是活性碳原子 [C]被工件表面 吸附、吸收的過程。在吸碳期間，需要煤油 收階段是 提供足夠的活性碳原子，有利于工件表面對碳 原子的吸收，活性碳原子少了的話 會使工件表面含碳量降低，活性碳原子太多，則多余的碳原子又會結合成分子溢 出，形成炭黑，影響滲碳的正常進行。吸收期也要控制好爐壓，將煤油的滴量適 當減少，保證滲碳所需要的碳勢，形成表面碳濃度較高的碳層。第三階段擴散階 擴散階 段工件表面吸收了活性碳原子，碳濃度大大提高，沿著碳梯度的下降逐漸向內部 滲入，完成工件表面的碳成分的變化。在擴散階段，若吸收的活性碳原子數量小 于擴散的數量，會造成表面碳含量達不到要求，擴散速度會減慢。因此，擴散速 度直接影響到整個滲碳過程的周期。此為滲碳的過程。 在排氣結束后，進入滲碳階段，放入試棒，關好試棒孔。調整滲劑滴 量，調整爐內壓力為 200~500Pa。排氣管的廢氣火焰應穩(wěn)定，呈淺黃色，長度在 80~120mm 之間，無黑煙和火星。根據火焰燃燒的狀況可判斷爐內的工作情況， 若火焰中出現(xiàn)火星，說明爐內炭黑過多；若火焰過長，尖端外緣呈白亮色，說明 滲碳劑供給量太多；火焰太短，外緣為透明的淺藍色，表面滲碳劑供給量不足或是爐子漏氣。 e. 使用 RQ 系列氣體滲碳爐進行滲碳時，推薦采用煤油與甲醇作滴注 劑，并保持清 潔，使用時，根據滲碳過稱各階段的碳勢需要，以兩者不同的比例 分別滴入。一般情況下，排氣階段不滴煤油，強滲階段不滴甲醇，擴散階段煤油 與甲醇以 2∶ 1（體積比）滴入。 f. 氣體滲碳時，滲劑的消耗量與爐型、裝爐量及滴注劑種類有關。一般 情況以每 100cm2 的滲碳面積，滴入 ~。在升溫和保溫時， 不同的爐型，滴入量也不同。 下圖是 RQ3259 型井式爐中滲碳煤油的滴量 RQ3259 井式爐中滲碳 煤油的滴量 滲碳層深度 工件滲碳總面 2 積 /cm ＜10000 10000～ 20200 滴入量 /（滴 /min） 階 1 80 85 段 2 60 65 說 明 ～ 強滲后，按第 二階段供給 我設計的齒輪齒頂圓的直徑為 20cm，厚度為 5cm，單個齒輪的齒表面 滲碳面積為＞ 314cm2，每爐放 6 個工件，總面積小于 10000cm2，所以第一階段滴 入量為小于 80 滴 /min，第二階段滴入量為小于 60 滴 /min. g. 降溫冷卻階段。在滲碳階段結束前 30~60min，檢查爐前試棒的滲層 深度，以確定降溫的開始時間。檢查方法有斷口目測法和爐前快速分析法 。斷口 目測法是將滲碳試棒從爐中取出，淬火后打斷，觀察斷口，滲碳層呈白色瓷狀， 未滲碳部分為灰色纖維狀，交界處的碳的質量分數月為 %，用讀數放大鏡測 量表面至交界處的厚度?；驅⒃嚢魯嗫谠谏拜喩夏テ?，用 4%（質量分數）的硝 酸酒精溶液侵蝕磨面，幾秒鐘后會出現(xiàn)黑圈。黑圈的厚度即可近似的代表滲碳層 的深度，也用個讀數放大鏡測量。當將至規(guī)定的溫度后，工件出爐。吊車一件一 件的吊出托盤。然后是下一步的熱處理，可以預冷，保溫一段時間直接放入油中 淬火，也可以在空氣中散開冷卻，再淬火，此時的冷卻過程中，工件的表面 ，即 齒表容易氧化脫碳，形成貧碳層，會影響其實用性能，因此可以向冷卻坑中倒入 一些煤油或者酒精，也可以用噴霧加速冷卻，來減少表面的脫碳。 h. 滲碳過程中，為防止產生炭黑和加速擴散，可以通入少量的氨氣。滲碳后的表層組織為細針狀或隱晶馬氏體 +細顆粒狀彌散均勻分布的碳化物 +少 量殘余奧氏體。 ⑤操作過程中的注意點 a. 滲碳工件表面不得有銹蝕，油污及其他污垢。 b. 滲碳爐中的應保持正壓，不得漏氣，可用火苗檢查爐蓋和風扇處有 無漏氣現(xiàn)象。 c. 滴油管不能傾斜，應保持垂直狀態(tài)，以保證滲碳劑能直接滴 入爐膛 內。 d. 隨時檢查爐溫，不得超過規(guī)定值 930℃的177。 10℃的范圍。 e. 隨時檢查滲碳劑的滴入量，以防止因為爐蓋的震動而發(fā)生變化。 ⑥