CN100406610C - 预抽真空氮基气氛保护下无内氧化的渗碳方法 - Google Patents

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Abstract

一种预抽真空氮基气氛保护下无内氧化的渗碳方法，属于金属材料热处理领域。本发明通过向设有炉内循环风机的热处理炉进行预抽真空至10-100Pa，通入高纯氮气，再将炉温升至900-1050℃，保温后再通入乙炔气进行渗碳，炉膛内氮气的压力为1×105-1.1×105Pa之间，充入的乙炔分压为5000-20000Pa之间。本发明在防止碳黑产生和环保的同时实现工件少无氧化均匀渗碳，又能降低成本，同时还具有安全性好、环保等优点。

Description

预抽真空氮基气氛保护下无内氧化的渗碳方法
技术领域
本发明涉及的一种渗碳方法，特别是一种预抽真空氮基气氛保护下无内氧化的渗碳方法，属于金属材料热处理领域。
背景技术
为提高化学热处理质量，减少渗碳内氧化等缺陷，通常采用低压渗碳方法。低压渗碳是在气体渗碳和真空淬火技术基础上发展起来的一种新型渗碳技术，将工件置于真空环境下加热，通入一定压力的碳氢化合物进行渗碳，在高温金属表面催化作用下碳氢化合物分解为游离态的碳和氢，高浓度的碳被高温的工件表面吸附，从而达到无内氧化的渗碳目的。该技术的缺点是：1)真空环境下碳浓度目前无法检测和控制；2)无法利用现有的井式渗碳炉和箱式多用炉，设备的前期投入很大。而常规气体渗碳是将一定比例的载气(如氮气或甲醇)和富化气(煤油或丙酮等)通入炉膛内实现渗碳，该技术的缺点是工件内氧化比较严重。为了提高工件质量，降低成本、减少对环境的污染，国内外研究者正尝试采用不同的氮基气氛下进行渗碳。
经对现有技术的文献检索发现，吴光治的《氮基气氛热处理的进展》，国外金属热处理，1999(6)，介绍了：采用N2+C3H8、N2+CH4+CO2等进行保护渗碳。用N2+C3H8进行保护渗碳容易产生碳黑；用N2+CH4+CO2进行保护渗碳其速度慢，且有内氧化发生。这些因素制约了上述技术在工业中的推广与应用。
发明内容
本发明针对低压渗碳和现有的氮基气氛下进行渗碳两种方法各自的不足和缺陷，提出了一种预抽真空氮基气氛保护下无内氧化的渗碳方法，对两种方法的优点进行揉合，使之既能实现无内氧化渗碳，又能降低成本，同时还具有安全性好、环保等优点。
本发明是通过以下技术方案实现的，通过向设有炉内循环风机的热处理炉进行预抽真空至10-100Pa，通入高纯度氮气，再将炉温升至900-1050℃，保温后再通入乙炔气进行渗碳。热处理炉中，在炉内循环风机的驱动下以高纯氮气为载气、乙炔为富化气的混合气体在炉内流动，在温度为900-1050℃的工件表面的催化作用下乙炔分解出游离态的碳原子，碳原子被工件表面吸附来进行渗碳。炉膛内氮气的压力为1×105-1.1×105Pa之间，充入的乙炔分压为5000-20000Pa之间，氮气、乙炔的压力可根据炉膛压力表反馈回来的信号通过进、排气流量计进行连续调节。其中，氮气的纯度大于99.9％。
本发明通过控制渗碳温度、渗碳时间和炉膛内乙炔分压等参数，实现渗碳层碳浓度分布、渗碳速度和渗碳层深度的控制。首先通过实验确定在不同的渗碳温度和不同的渗碳时间下：乙炔分压和表面碳浓度的关系、乙炔分压和渗碳层深度的关系、乙炔分压和渗碳速度的关系。再利用这3个关系可以计算出：工件能获得预期的渗碳层深度和表面碳浓度所需要的乙炔分压。该方法克服了低压渗碳炉的高成本和常规渗碳无法避免内氧化的缺点，从而实现工件无内氧化渗碳的目的。
本发明与低压渗碳和常规气体渗碳相比有以下特点：1)通过对热处理炉进行预抽真空，再通入氮气和乙炔，避免了工件在加热和渗碳时的内氧化，克服了常规气体渗碳发生内氧化的缺陷；2)通过对通入乙炔分压的调节能够有效的控制了渗碳层深度和渗碳过程中工件表面碳黑的产生；3)在炉内循环风机的作用下氮气和乙炔的混合气体在炉内均匀运动，使工件表面能均匀渗碳，克服了常规气体渗碳不均的缺点；4)可以在箱式多用炉或井式渗碳炉中实现无内氧化渗碳，大大的降低了技术改造的成本。
具体实施方式
结合本发明方法的内容提供以下实施例：
实施例1
首先将工件放入井式渗碳炉中，进行预抽真空，当炉压到达100Pa时，再向炉内充纯度为99.9％-99.9999％氮气，调整压力为1.02×105Pa，开启加热器，同时启动炉内循环风机，炉内循环风机的旋转速度为1000rpm，当温度升至980℃后向炉膛内充入乙炔，分压为10000Pa，同时将炉内循环风机的旋转速度调整为500rpm，60min后将工件油淬。本实例渗碳层比较均匀，渗层无内氧化。
实施例2
首先将工件放入箱式多用炉中，进行预抽真空，当炉压到10Pa时，再向炉内充纯度为99.9％-99.9999％氮气，调整压力为1.1×105Pa，开启加热器，同时启动炉内循环风机，炉内循环风机的旋转速度为1400rpm，当温度升至1000℃后向炉膛内充入乙炔，分压为20000Pa，同时将炉内循环风机的旋转速度调整为700rpm，60min后将工件转移到冷却室淬火。本实例渗碳层比较均匀，表面没有碳黑，渗层无内氧化。
实施例3
首先将工件放入井式渗碳炉中，先进行预抽真空，当炉压到10Pa时，再向炉内充纯度为99.9％-99.9999％氮气，调整压力为1.04×105Pa，开启加热器，同时启动炉内循环风机，炉内循环风机的旋转速度为700rpm，当温度升至1050℃后向炉膛内充入乙炔，分压为20000Pa，同时将炉内循环风机的旋转速度调整为500rpm，120min后将工件转移到冷却室进行气冷。本实例渗碳层比较均匀，渗层无内氧化。

Claims (4)

1.一种预抽真空氮基气氛保护下无内氧化的渗碳方法，其特征是，将设有炉内循环风机的热处理炉进行预抽真空至10-100Pa，通入氮气，炉膛内氮气的压力为1×105-1.1×105Pa之间，再将炉温升至900-1050℃，保温后再通入乙炔气进行渗碳，充入的乙炔分压为5000-20000Pa之间。
2.根据权利要求1所述的预抽真空氮基气氛保护下无内氧化的渗碳方法，特征是，热处理炉中，在炉内循环风机的驱动下以氮气为载气、乙炔为富化气的混合气体在炉内流动，在温度为900-1050℃的工件表面的催化作用下乙炔分解出游离态的碳原子，碳原子被工件表面吸附来进行渗碳。
3.根据权利要求1或者2所述的预抽真空氮基气氛保护下无内氧化的渗碳方法，特征是，氮气、乙炔的压力根据炉膛压力表反馈回来的信号通过进、排气流量计进行连续调节。
4.根据权利要求1或者2所述的预抽真空氮基气氛保护下无内氧化的渗碳方法，特征是，氮气的纯度大于99.9％。
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