低压真空渗碳技术漫谈

zpc64

1  概述
    80年代初可控气氛渗碳技术已逐渐成熟，但仍存在其无法克服的弊端。例如，可控气氛渗碳无法解决表面内氧化、高温渗碳及深层渗碳的问题；气体渗碳法也难于对不锈钢、含硅钢进行渗碳，等等。随着真空炉制造技术的提高，许多工业炉公司开始真空渗碳的尝试。

: _; v( g$ ?! R& j$ j* `! W2  低压真空渗碳的特点
2.1高的生产率
    生产率高的标志是渗碳时间短，真空渗碳使高温渗碳成为可能，故可大大地缩短渗碳时间，特别是要取得较深的层深，或者对渗碳认为困难的不锈钢或硅钢等材料是非常有利的。下图是同一种工件获得同种层深在真空渗碳和气体渗碳时的时间和温度的比较。
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8 _) |& r5 j9 x. U    另外，提高温度可以明显缩短渗碳时间。如低碳钢中，为获得1mm厚的总渗碳深度，在980℃渗碳时所需的总渗碳时间为1.50h，在1038℃渗碳是仅需0.80h，相差约2倍。然而，从实际生产中所测得的数据看，真空渗碳炉升温至高温所耗电力与升温至较低温度所耗电力相差无几。
2 u+ b4 h6 w5 `, ^* b* w, _2.2节能
    低压真空渗碳工艺的热效率高，由于真空渗碳炉的加热元件和隔热材料(石墨板和石墨毡)的热容量与气体渗碳炉的砖砌炉壁的热容量相比是很小的，低压真空渗碳的气体消耗量远小于气体渗碳工艺的渗碳气体消耗量，被气体吸收及带走的热量也小于气体渗碳的，从而使真空渗碳炉的热效率较高。在普通气体渗碳过程中，只有6～10％的热量用于加热零件，而真空渗碳时则可达22～29％。
    与可控气氛渗碳相比，真空渗碳的气氛非常简单，渗碳仅需单一的原料气如丙烷、乙炔，扩散仅需氮气，且压力非常低，因此使用气氛的成本显著降低。
2.3环保
    由于采用冷壁炉技术，设备在生产过程中，其表面温度与环境温度是一致的，且无火帘火炬等，因此低压真空渗碳炉是环保的热处理设备。
2.4高度柔性化和自动化
5 j: [+ K6 F  z! }" V6 _& q3 T7 A# n    由于每个加热室可实现不同的热处理工艺，内部机器人负责料盘在内搬运和分配，具有高度柔性化和自动化的特点；并且，与可控气氛渗碳相比，开炉停炉非常简单，每次开炉后只需半小时即可进入工作状态，周末和假期时可随时停炉。
    低压真空渗碳加高压气淬可实现真空意义上的在线生产，而无需单独的热处理车间，即冷加工之后，直接进入低压无休止真空渗碳加高压气淬，亦即该设备像机床一样，与冷加工设备联成一条线。
2.5其他优点
% q8 r: j3 P! a" V4 C6 }% {    该设备设计紧凑，具有非常少的占地面积；低压真空渗碳重现性好，即只要按照通过工艺试验确定的工艺参数进行操作即可获得各炉很一致的渗碳结果；低压真空渗碳零件表面的质量高(不脱碳、不氧化)，从而对疲劳强度具有很有利的影响；对具有盲孔、深孔及窄缝的零件具有较好的渗碳效果，等等。
% X: }& F  a, G3  低压真空渗碳工艺存在的问题
    渗碳过程中、目前通用的渗碳剂如甲烷或丙烷都将产生碳黑。碳黑附着于零件上不但阻碍渗碳过程且造成渗碳层的不均匀(深度及碳浓度)。碳黑附着于加热器上易于造成电短路现象。碳黑应定期清除。清除碳黑不但劳动强度大而且需拆除真空管路，因而易于使设备漏气。
    产生碳黑的主要原因是渗碳气的纯度不够高，渗碳气中所含不饱和碳氢化合物烯烃和碳四以上高碳氢化合物越多则产生的碳黑越多，故一般规定渗碳其纯度在96％以上。当然产生碳黑的原因还有很多，例如渗碳气中混入了空气；渗碳气的流量大；渗碳气的压力过高；搅拌风扇的转速低等。
& x. e0 J+ P1 T5 d0 N% x) p4  低压真空渗碳技术展望
    低压真空渗碳作为一全新且成熟的渗碳技术，在欧洲、美国、日本等地，已经在汽车、机械、航空航天等领域获得了广泛的应用，呈现出逐渐替代可控气氛渗碳的趋势。尤其是在一些特定领域，更显示出其卓越的性能，如盲孔类零件的长型喷油嘴针阀体、销轴类零件的薄层渗碳等。这些件用一般的可控气氛渗碳是比较困难的，而真空渗碳却可轻易的加以解决。

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