滲碳爐采用氣體滲碳的優點

氣體滲碳爐采用氣體滲碳是比較完善和經濟的滲碳方法，它的主要優點如下：
① 它不需要滲碳箱，零件直接加熱，生產周期較短。
② 易于控制滲碳氣氛，產品質量較穩定。
③ 便于直接淬火，便于實現自動化。
④ 周圍環境清潔，大大減輕勞動強度。
氣體滲碳一般需要專門的設備，因而影響了普遍推廣使用。
氣體滲碳所采用的爐子，一般有連續式無馬弗爐和井式爐。一般中，小批量生產的工廠，大都采用井式滲碳爐進行氣體滲碳。滲薄時，把零件裝于用耐熱鋼諸如此類料筐內。放入爐膛中，密封加熱，然后輸入氫把有機液體(煤油、苯、酒精、丙酮等)滴入爐內。滴入劑的種類很短而以煤油應用得最廣泛，因價格便宜，來源充分，且有很強的滲碳能力，可滿足滲碳要求。
(一) 氣體滲碳的基本原理
煤油滴入滲碳爐后，經過高溫熱裂分解一氧化碳(CO)，二氧化碳(CO2)，氧(O2)，氫(H2)和飽和碳氫化合物(CnH2n+2)及不飽和碳氫合化物(CnH2n)等多種混合氣體。
氣體滲碳主要利用其中一氧化碳，飽和的碳氫化合物和不飽和的碳氫化合物，靠這些氣體在滲碳溫度分解得到原子狀態的碳而產生滲碳作用。
2CO —→ CO2 + [C]
CnH2n+2 —→ (n+1)H2 + n[C]
一氧化碳在高溫滲碳時，其分解速度較慢，分解與吸收基本平衡，因此，一般沒有過剩碳沉積，而不飽和碳氫化合物，滲碳開始時會猛烈地析出碳，形成一層碳黑，附于零件表面，阻止滲碳的進行。所以，滲碳氣體中不飽和碳氫化合物含量應控制低些。
(二)            氣體滲碳工藝及操作
⒈ 裝爐：把零件與相同鋼材的試樣一起置于滲碳料筐中，零件之間應留5—10mm間隙，空爐加熱(封閉爐蓋)至920—940℃時將滲碳料筐迅速吊入爐膛中，扳緊螺母以壓緊爐蓋，開大甲醇滴量，打開廢氣孔排氣，并啟動風扇馬達。
⒉ 升溫：工件裝爐后立即開始升溫，此時爐溫下降較多，(約800—850℃)，而工件的溫度更低。此時不宜滴入大量的滲碳劑(因爐溫低，不能充分裂解，而且工件溫度低不能吸碳，滴入的滲碳劑將會形成大量的碳黑附于工件表面，影響隨后滲碳正常進行)。最好滴入裂解溫度較低的，而且裂解后不產生不飽和碳氫化合物的有機液體如甲醇。進行加熱時的保護。當爐溫升至(920—940℃時，即可滴入煤油。
⒊ 保溫
①         爐溫工件達到920—940℃后，可加大煤油滴量，140—160滴／分，并且進行約30分鐘的排氣期。排氣結束后調整煤油滴量。同時，調整廢氣口的排氣壓力，并在爐試樣孔上放入與爐內零件材料相同的試樣棒。以便目測滲碳層之用。
滲碳劑滴量過少，活性碳原子少，使整個滲碳氣氛不足，零件表層碳濃度低不利于往心部擴散；反之，滴量過大，活性碳原子過多，吸不進去，活性碳原子聚合起來，形成碳黑和焦殼，造成浪費，還障礙滲碳進行。
②         爐內壓力：滲碳保溫時，爐壓應在15—30mm水銀柱范圍，在此壓力下，用點燃的棉紗來檢查爐蓋周圍及風扇軸氣封處有無火苗，如有火苗，立即采取各種防漏措施，堵塞漏氣。
12—4 不同型號的氣體滲碳爐保溫階段的煤油滴量
爐子型號        每分鐘滴入煤油數量
RJJ—35—9T        80—100
RJJ—60—9T        100—120
RJJ—90—9T        120—140
RJJ—105—9T       140—160
③  廢氣的排除：在滲碳過程中，應將排氣管點燃，因排出廢氣中有大量的一氧化碳和氫氣，點燃后一方面可使車間生產安全，同時亦可根據火焰燃燒長度和顏色。分析判斷爐內工作情況，在工作正常時，火焰長度約80—150mm，色澤為黃色。
④ 廢氣的分析：要正確掌握爐內氣氛實際情況，就應對排出的廢氣進行氣體分析，取廢氣可在進入滲碳階段30分鐘進行，正常情況下，其成分應在表12—5范圍。
12—5 
廢氣成分(%)CO2        CnH2n        O2          CO        H2        CH4        N2
      0.1—1.0        ≤0.2      0.2—0.8    10—15    50—75     1—15      其余
⑤         時間：滲碳時間根據滲碳層深度要求而定。在920—940℃滲碳溫度下，滲碳層深度和保溫時間的關系，如表12—6所示。
12—6        滲碳層深度與保溫時間的關系
滲碳層深度mm   滲碳過程總時間h   滲碳溫度下的保溫時間h
0.4—0.6          8—9             2.5—3
0.6—1.0          9—10            3—4
0.8—1.2          10—11           4—5
1.0—1.4          11—12           5—6
抽檢試棒：在達到工藝規定的前1h抽檢試棒一個，以決定是否需要調整保溫時間。試棒檢查方法與固體滲碳試棒檢查方法相同。
⒋ 降溫出爐：
當滲碳層深度達到規定要求后，即可關閉電源，在爐內降溫，滴量減為60—80滴／分，溫度降至800—850℃時，即可出爐。出爐后，把零件連滲碳筐置于有密封蓋的冷卻桶中冷卻。為防止氧化脫碳，可在冷卻桶底預先放一層砂子，然后在砂子中倒上一些煤油或甲醇等有機液體。在冷卻箱中冷卻，有利于防止網狀碳化物的形成。
(三)            氣體滲碳工藝方法的改進
為了提高滲碳速度和獲得良好的滲碳層質量，目前，氣體滲碳法不是始終采用一個溫度，一種滴量進行到底的方法，而是采用幾個溫度，幾種滴量。下面介紹把滲碳保溫階段滴油量改為三種(或二種)，分成幾個不同的滲碳階段的工藝，具體做法是：
⒈ 強烈的吸碳階段：滲碳保溫一開始，把滴油量提高至120至180滴／分，(根據爐膛的容積和零件表面而定)，這是由于滲碳一開始，鋼的含碳量低，吸碳能力大，而且，在高溫下，滲碳劑的分解的能力也大，這一階段是希望鋼表面吸碳速度大于向心部擴散的速度，使零件具有較高的表面碳濃度。
⒉ 擴散階段：在第一階段保溫時間后，把滴油量降低至80—110滴／分，在相同的滲碳溫度下，由于滴油量低，爐內滲碳氣氛減弱，加上第一階段時滲碳零件表面碳濃度高，濃度梯度大，便于向心部擴散，雖然表面仍在吸取碳原子，但其速度已低于擴散速度。
⒊ 純擴散階段：第二階段保溫完畢，再把滴油量降低至30—50滴／分，對容易增碳的合金滲碳鋼，有時單靠第二階段來消除表面過濃的碳濃度還夠完全，第三階段的作用是均勻過渡層的碳分布和使表面接近共析成分的碳濃度。
增加第一階段滲碳時間，會使過共析層和表面碳濃度提高，對整個滲碳速度有好處；而增加第二階段保溫時間，會增長共析層深度，降低表面碳濃度。但是，過于延長第二階段縮短第一階段，將使滲碳時間延長。所以要達到較快的滲碳速度，而又使表層濃度和共析層占全層的比例達到要求，一般第一第二階段保溫時間的比例以1：1.2—1：1.5較為合適。第三階段時間，可根據滲碳層深度的要求來確定，大約可在1—2h范圍內。
   分段滴油法雖有改善滲碳層質量，但易受各種因素影響，未能精確掌握爐內氣氛的變化，最近一些單位在井式氣體滲碳爐上附加紅外線氣體分析儀，以甲醇和丙酮(和煤油)為滲碳劑，利用爐內氣氛成分變化有一定比例關系的原理，通過控制爐內二氧化碳的含量，達到自動調節所需含碳濃度的目的。這種方法簡單易行，能可靠地控制滲碳質量。
六 滲碳后的熱處理
滲碳鋼經過滲碳，雖然獲得高碳的表層，但仍得不到硬而耐磨的表層和韌而又高強度的心部。要達到這個目的，滲碳后還需進行熱處理。常用的熱處理方法有如下三種：
(一)兩次淬火法：
本質粗晶粒鋼制的零件滲碳時，由于在高溫連續時間較長，使滲碳層和心部晶粒長大，因而降低了鋼的機械性能(特別是沖擊值)。因此，一般采用兩次淬火方法來改善其心部和表層組織，提高機械性能。
   第一次淬火的目的，是為了細化心部組織，消除表層網狀滲碳體，溫度的選擇是以改善心部組織為出發點，一般略高于Ac3。碳鋼加熱溫度為880—900℃，合金鋼為850—870℃。如果表面層中存在有網狀碳化物的話，那么，第一次淬火時，加熱溫度應高于滲碳層的上臨界溫度Acm。但是，第一次淬火的溫度已顯著超過滲碳層的淬火溫度，造成晶粒粗大。淬火后得到粗針狀馬氏體，使滲碳層變脆。
為了細化表層(滲碳層)組織和獲得細針狀或隱晶狀馬氏體組織，還必須進行第二次淬火。第二次淬火溫度的選擇是以滲碳層為依據，一般淬火溫度約在750—850℃范圍。碳鋼第二次淬火的加熱溫度略高于Ac1，約為750—800℃。此時鋼的中心部分幾乎不承受淬火，合金鋼第二次淬火溫度比碳鋼略高。
由于兩次加熱淬火，這種方法引起零件變形翹曲比較大，也有的采用正火來代替第一次淬火，以減少變形，但這種方法不能完全消除網狀碳化物。
(二)一次淬火法：
零件滲碳后空冷，然后再加熱淬火，叫一次淬火法。它主要用本質細晶粒鋼制的零件和不太重要的滲碳件。
一次淬火溫度選擇，必須同時兼顧滲碳層和中心部分的不同要求。對于主要要求耐磨性的滲碳件，應以滿足表面性能為主，照顧中心部分最低限度的機械性能，淬火溫度應該高些。一般溫度選擇在Ac1至Ac3之間。
(三)直接淬火法：
即在滲碳溫度下出爐直接淬火，這種方法不必再次加熱，從而減少變形，是比較經濟和方便的方法。但是，直接淬火保留了滲碳時粗大的奧氏體晶粒，淬火后形成粗針狀馬氏體，降低了韌性，同時，高溫直接淬火滲碳層殘存大量殘余奧氏體，降低滲碳層的耐磨性。
為了克服直接淬火的缺點，采用預冷淬火法，選用溫度一般略高于Ar3(通常在820—850℃)。預冷淬火可減少溫度差，使零件減少變形；同時，預冷時從奧氏體中析出部分碳化物，使奧氏體中含碳和合金元素濃度降低，減弱了奧氏體的穩定性，故可減少淬火后的殘余奧氏體量，增加了表層的硬度。碳化物又增加表層的耐磨性。這種方法廣泛應用于在高溫下晶粒長大傾向小的合金滲碳(如1CrMnTi)，它是目前最經濟而又有效的方法，可以節省淬火加熱設備，縮短生產周期，降低生產成本。
不管用哪種方法淬火，在最后一次淬火后，都要重新把零件加熱160±20℃，保溫1—2h進行回火，以消除加熱及冷卻產生的內應力和提高零件的韌性。

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