CN102352478B

CN102352478B - 一种真空低压渗碳设备可自动伸缩渗碳气喷嘴装置

Info

Publication number: CN102352478B
Application number: CN 201110334816
Authority: CN
Inventors: 周有臣; 宋家奇; 吴坚; 尹成锟; 王京晖; 刘永; 黄伟东; 刘俊祥; 陈志英; 丛培武
Original assignee: Beijing Research Institute of Mechanical and Electrical Technology
Current assignee: Beijing Research Institute of Mechanical and Electrical Technology
Priority date: 2011-10-31
Filing date: 2011-10-31
Publication date: 2013-02-20
Anticipated expiration: 2031-10-31
Also published as: CN102352478A

Abstract

一种真空低压渗碳设备可自动伸缩渗碳气喷嘴装置，包括气缸、移动伸缩杆及高温渗碳喷头，气缸设在真空渗碳炉体外面；活动伸缩杆穿过炉体伸入到炉体内，其在炉外的一端与外部渗碳气入口连接，其在炉内的端部装有高温渗碳喷头，该活动伸缩杆由气缸提供动力，推动活动伸缩杆作上下移动。本发明装置与真空低压渗碳炉的加热室炉体底部连接，可在大装炉量、密集装炉条件下，使工装中心区域的零件获得与工装外层零件一致的渗碳介质的供给，从而保证真空低压渗碳零件的渗碳均匀性。

Description

一种真空低压渗碳设备可自动伸缩渗碳气喷嘴装置

技术领域

本发明属于真空热处理设备技术领域。具体涉及一种在真空低压渗碳设备中，可自动调整喷嘴伸入工装深度的渗碳气喷嘴装置。

背景技术

渗碳热处理在金属热加工中应用非常广泛，几乎所有的传动部件、耐磨部件都需要渗碳处理。

真空高温低压渗碳技术采用乙炔气为渗碳介质，采用独特的低压脉冲真空渗碳技术和专用的高温渗碳工艺，实现高精度的零件真空渗碳。其技术优于目前常用的传统气体渗碳设备，解决了传统气体渗碳无法克服的难题。

1、传统的气体渗碳原理：

2C₂H₈＋3O₂＋12N₂→6CO＋8H₂+12N₂①

C₄H₁₀＋2O₂＋8N₂→4CO＋5H₂＋8N₂ ②

2CO→C＋CO₂ ③

传统的气体渗碳一般采用丙烷或丁烷作为渗碳气，气体在炉内受热进行分解（如①、②式所示）生成CO，CO再进行反应（（如③式所示））产生活性碳原子，碳原子在工件表面附着并向工件内部扩散实现渗碳过程。

气体渗碳难以解决的问题：

（1）如①、②式所示在反应气体中含有氧气，因此在渗碳过程中，不可避免的会在金属零件表面形成内氧化层（亦称为晶间氧化层），而且内氧化层在传统的气体渗碳设备中是无法去除的。内氧化层的形成会急剧破坏零件的耐磨性和抗疲劳强度，导致金属零件渗碳质量不稳定和使用寿命的降低，会造成最终主机（工程机械、汽车等）的传动部件的寿命下降、噪音增大、耗能提高等不利后果。

（2）金属表面一旦形成内氧化层之后，它在工件表面会形成不连续的氧化膜，阻碍着碳原子将工件内部扩散，因此传统的气体渗碳普遍存在渗碳时间长，耗能严重的问题。

（3）传统的气体渗碳设备自始至终需要不断的通入各种气体，调整碳势。因此气体消耗量大、电能消耗大、废气（温室气体）排放量大，不符合当今节能、环保的发展趋势。

（4）传统的气体渗碳设备由于自身构炉材料的限制，只能在950℃以下工作，不能够通过提高温度来提高渗碳速度，同时对于1000℃以上的不锈钢渗碳更是无能为力。

2、真空高温低压渗碳原理：

C₂H₂→2C+H₂。④

（1）真空高温低压渗碳设备（如④式所示），只采用乙炔作为渗碳介质，无含氧气体的介入，可以彻底解决内氧化的难题，其渗层质量可以得到大幅度提高。

（2）金属表面无内氧化层的影响，渗碳速度可以大幅度提高。

（3）采用脉冲式渗碳工艺，可以降低生产用气、用电消耗，降低生产成本。同时无温室气体排放，是真空的节能环保型的设备。

（4）真空高温低压渗碳设备最高工作温度为1300℃，通过适当的提高渗碳温度，可使渗碳速度成倍提高。

（5）真空高温低压渗碳设备不仅可以进行零件的渗碳，也可以进行工模具等材料的淬火，设备利用效率高。

因此与传统的气体渗碳设备相对比，真空高温低压渗碳设备在实现高精度的真空渗碳的同时，可以最大程度缩短渗碳工艺时间,提高生产效率；彻底杜绝晶界氧化层，提高渗层质量，提高零件渗碳后表面的耐磨性和抗疲劳强度；并具有节能、节气、环保的特点。

采用真空低压渗碳技术可以实现高水平的零件渗碳均匀性（渗层深度均匀性≤±0.05mm，表面碳含量均匀性≤±0.05C%）。传统的真空渗碳炉炉内渗碳气喷嘴都是固定在炉胆的四周，通过脉冲方式向炉内送入低压渗碳气（乙炔气）进行零件的渗碳。低压渗碳气（乙炔气）进入炉胆受热后，迅速分解出活性碳原子（C₂H₂→2C+ H₂），碳原子会附着在待渗金属零件的表面，并向零件内部扩散进行渗碳。由于低压渗碳技术渗碳压力仅为2000Pa左右，属于稀薄气体渗碳。因此当乙炔气因此随着真空低压渗碳炉装炉量及装炉密集程度的不断增加，若采用传统的固定喷嘴，整个工装不同区域的零件实际获得的有效渗碳介质的量是不同的：大部分渗碳气（乙炔气）分解出的活性碳原子会与工装外层零件相结合进行渗碳，而实际能够达到工装中心区域的活性碳原子相对数量较少。如此会造成工装中心区域的零件由于得不到有效地渗碳介质的供给，无法获得与工装外层零件一致的渗层质量和均匀性，从而造成渗碳不均匀。

发明内容

为了克服传统的真空渗碳炉的固定喷嘴会造成工装中心区域的零件渗碳不均匀的不足，本发明的目的在于：提供一种真空低压渗碳设备可自动伸缩渗碳气喷嘴装置，该自动伸缩渗碳气喷嘴装置可在大装炉量、密集装炉条件下，使工装中心区域的零件获得与工装外层零件一致的渗碳介质的供给，从而保证真空低压渗碳零件的渗碳均匀性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种真空低压渗碳设备可自动伸缩渗碳气喷嘴装置，所述的可自动伸缩渗碳气喷嘴装置包括气缸、移动伸缩杆及高温渗碳喷头，所述的气缸设置在真空渗碳炉炉体的外面；所述的活动伸缩杆穿过炉体，伸入到炉体内，活动伸缩杆在炉外的一端与外部渗碳气入口连接，活动伸缩杆在炉内的端部装有高温渗碳喷头，该活动伸缩杆由气缸提供动力，通过气缸推进装置推动活动伸缩杆作上下移动；所述的可自动伸缩渗碳气喷嘴装置通过炉体连接法兰座与真空低压渗碳炉的加热室炉体底部连接。

所述的气缸所能伸出的最大行程是能使高温渗碳喷头可伸入到炉体内有效加热区的中心部位。

由于采用上述技术方案，使本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明在真空低压渗碳炉设备中设置了一套可伸缩喷嘴装置，该装置由炉体外的气缸提供动力，可在不影响炉内真空度的情况下，调整炉内喷嘴的位置。在完成装炉后，该可伸缩喷嘴装置可在气缸推进装置推动下自动伸进工装内部，为工装中心区域零件提供有效的渗碳介质供给。与现有的固定喷嘴相比，本发明可在大工装量、密集装炉条件下，使工装中心区域的零件获得与工装外层零件一致的渗碳介质供给，从而保证真空低压渗碳零件的渗碳均匀性。获得工装中心区域的零件与工装外层零件一致的渗碳质量和均匀性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明真空低压渗碳设备可自动伸缩渗碳气喷嘴装置的结构示意图。

图2是图1中的自动伸缩喷嘴与炉体连接的初始位置示意图。

图3是图2中的自动伸缩喷嘴伸进工装内部位置的示意图。

图中，1.高温渗碳喷头，2.活动伸缩杆，3.炉体连接法兰座，4.真空密封装置，5.水冷装置，6.气缸，7.炉体外壳，8.炉胆隔热层，9.固定喷嘴，10.高温加热元件，11.有效工作区，12.炉胆，13.移动喷嘴连接法兰座，14.渗碳气入口，15.渗碳气体。

具体实施方式

图1所示为本发明真空低压渗碳设备可自动伸缩渗碳气喷嘴装置的一个实施例。该实施例是真空高温低压渗碳设备研发项目之一，该真空高温低压渗碳设备是“十一五”期间，国家“高挡数控机床与基础制造装备”科技重大专项在真空热处理领域支持的唯一主机研发项目。

图1所示的可自动伸缩渗碳气喷嘴装置包括气缸6、活动伸缩杆2及高温渗碳喷头1。气缸6设置在真空渗碳炉炉体外面，活动伸缩杆2穿过炉体，伸入到炉体内，活动伸缩杆2在炉体外的一端与外部渗碳气入口14连接，该渗碳气入口14与炉外气源相连接；活动伸缩杆2在炉内的端部装有高温渗碳喷头1。在炉体加热区内的活动伸缩杆件及高温渗碳喷头均由高温石墨材料制成，可在1300℃高温条件下正常使用。本发明中的活动伸缩杆2由气缸6提供动力，通过气缸推进装置推动活动伸缩杆2上下移动，本发明可伸缩渗碳气喷嘴装置通过炉体连接法兰座3与真空低压渗碳炉的加热室炉体底部连接。

请参见图2所示，通过移动喷嘴连接法兰座13与炉体外壳外层钢板连接的可自动伸缩渗碳气喷嘴装置的活动伸缩杆2和高温渗碳喷头1，依次穿过炉体外壳7的双层钢板、炉胆12、炉胆隔热层8后进入炉胆内部，在炉胆隔热层8上间隔地装有若干固定喷嘴9，活动伸缩杆2与固定喷嘴9均匀分布，在炉内均匀设置有若干高温加热元件10。在活动伸缩杆2伸进炉体内部的炉体部位设有真空密封装置4，以保证装置的密封性。在气缸推动装置外面设有水冷装置5进行冷却，以保证气缸推进装置在高温条件下正常工作。该真空密封装置4和水冷装置5均为真空热处理炉内常见的结构。本发明中的气缸6的行程是可调节的，通过调节气缸行程来调节喷嘴进入炉体的位置。气缸所能伸出的最大行程是能使高温渗碳喷头可伸入到炉体内有效加热区的中心部位。

图2所示为自动伸缩喷嘴与炉体连接的初始位置，此时喷嘴位于有效工作区11之外，不影响正常装炉；图3所示为自动伸缩喷嘴伸入到工装内部后喷嘴所处的高位位置。此时渗碳气体15可为工装中心区域的零件提供有效渗碳介质供给。

Claims

1.一种真空低压渗碳设备可自动伸缩渗碳气喷嘴装置，其特征在于：所述的可自动伸缩渗碳气喷嘴装置包括气缸、活动伸缩杆及高温渗碳喷头，所述的气缸设置在真空低压渗碳炉炉体的外面；所述的活动伸缩杆穿过炉体，伸入到炉体内，活动伸缩杆在炉外的一端与外部渗碳气入口连接，活动伸缩杆在炉内的端部装有高温渗碳喷头，该活动伸缩杆由气缸提供动力，通过气缸推进装置推动活动伸缩杆作上下移动，所述的气缸所能伸出的最大行程是能使高温渗碳喷头可伸入到炉体内有效加热区的中心部位；所述的可自动伸缩渗碳气喷嘴装置通过炉体连接法兰座与真空低压渗碳炉的炉体底部连接。

2.根据权利要求1所述的真空低压渗碳设备可自动伸缩渗碳气喷嘴装置，其特征在于：在所述的气缸推进装置外面设有水冷装置。

3.根据权利要求1所述的真空低压渗碳设备可自动伸缩渗碳气喷嘴装置，其特征在于：在位于加热区内的活动伸缩杆及高温渗碳喷头均由耐高温石墨材料制成，可在1300℃高温条件下正常使用。