CN103820750A - 一种真空渗碳热处理方法 - Google Patents

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雷丽芳
邢宗跃
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Abstract

本发明公开一种真空渗碳热处理方法，包括下列步骤；渗碳剂的选择；渗碳温度的设定；表面碳浓度的设定；心部碳浓度的设定；临界渗碳层碳浓度的设定；渗碳层深度的设定和工件总表面积的设定：所述渗碳剂选用乙炔气体；所述渗碳温度设定为920-980℃；所述表面碳浓度设定为0.87-0.95%C；所述心部碳浓度设定为0.16%-0.18%；所述临界渗碳层碳浓度大于0.35%C；所述渗碳层深度设定为0.75～0.95mm；所述工件总表面积设定为1.6m2-1.62m2。通过将渗碳温度等范围设定在相应较小的合适的范围内，使得试验次数和设备的试验量减少，且试验确定的较佳值能够保证零件的质量，因而成本较低、质量较好。

Description

一种真空渗碳热处理方法
技术领域
本发明属于热处理技术领域，具体涉及一种真空渗碳热处理方法。 
背景技术
真空渗碳过程是一个脉冲式的工艺过程，即以强渗脉冲阶段和扩散阶段交替进行的过程。在强渗阶段向炉内充入渗碳剂，在扩散阶段停止通入渗碳剂，并且通过真空泵系统把炉内碳原子含量变低的残余气体抽出，使炉内达到工作真空度，在下一个脉冲到来时充入新的渗碳剂，以进行均匀地渗碳。现有的真空渗碳热处理方法，通常包括下列步骤；渗碳剂的选择，渗碳温度的设定，表面碳浓度的设定，心部碳浓度的设定，临界渗碳层碳浓度的设定，渗碳层深度的设定和工件总表面积的设定，各步骤中的设定值没有合适地限定在一个范围内或者限定的范围较大，需要反复试验确定比较合适的范围值及较佳值，因而不仅试验材料投入多、设备要反复试验使用、导致成本较高，且经试验确定的较佳值也不能完全保证零件的质量。 
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种成本低、质量好的真空渗碳热处理方法。 
为解决上述技术问题，本发明采取如下技术方案： 
一种真空渗碳热处理方法，包括下列步骤；
渗碳剂的选择；
渗碳温度的设定；
表面碳浓度的设定；
心部碳浓度的设定；
临界渗碳层碳浓度的设定；
渗碳层深度的设定和工件总表面积的设定：
所述渗碳剂选用乙炔气体；
所述渗碳温度设定为920-980℃；
所述表面碳浓度设定为0.87-0.95%C；
所述心部碳浓度设定为0.16%-0.18%；
所述临界渗碳层碳浓度大于0.35%C；
所述渗碳层深度设定为0.75～0.95mm；
所述工件总表面积设定为1.6m2-1.62m2。
优选地，所述渗碳温度设定为950℃。 
优选地，所述表面碳浓度设定为0.90%。 
优选地，所述心部碳浓度设定为0.18%。 
优选地，所述临界渗碳层碳浓度为0.45%。 
优选地，所述渗碳层深度为0.85mm。 
优选地，所述工件总表面积设定为1.61m2。 
优选地，对新料框进行真空渗碳热处理使用前进行2～3次预渗碳处理。 
优选地，所述真空渗碳热处理方法采用AvaC-Expert低压真空渗碳摸拟软件在真空设备上进行渗碳控制。 
与现有技术相比，本发明包含如下有益效果： 
通过将渗碳剂选用乙炔气体，将渗碳温度、表面碳浓度、心部碳浓度、临界渗碳层碳浓度、渗碳层深度和工件总表面积的范围设定在相应较小的合适的范围内，使得试验次数减少、投入的试验材料较少且设备的试验量也相应减少，且试验确定的较佳值能够保证零件的质量，因而成本较低、质量较好。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。 
本发明的真空渗碳热处理方法，包括下列步骤；渗碳剂的选择，渗碳温度的设定，表面碳浓度的设定，心部碳浓度的设定，临界渗碳层碳浓度的设定，渗碳层深度的设定和工件总表面积的设定：所述渗碳剂选用乙炔气体；所述渗碳温度设定为920-980℃；所述表面碳浓度设定为0.87～0.95%C；所述心部碳浓度设定为0.16%-0.18%；所述临界渗碳层碳浓度大于0.35%C；所述渗碳层深度设定为0.75～0.95mm；所述工件总表面积设定为1.6m2-1.62m2。这样一来，由于本发明将渗碳温度、表面碳浓度、心部碳浓度、临界渗碳层碳浓度、渗碳层深度和工件总表面积的范围设定在相应较小的合适的范围内，使得可以通过适当的试验次数、投入不多的试验材料，并在设备上通过不多的试验次数，就能够确定加工零件时各步骤中渗碳温度等各参数的设定范围，并保证零件的质量，因而成本较低、质量较好。 
所述渗碳温度设定为950℃。实验证明，这样的渗碳温度使工件的变形较小、生产效率较高。 
所述表面碳浓度设定为0.90%；实验证明，这样的表面碳浓度能够避免网状碳化物并利于淬火后表面硬度的提高。 
所述心部碳浓度设定为0.18%。实验证明，这样的心部碳浓度使渗碳深度比较合适。 
所述临界渗碳层碳浓度设定为0.45%。实验证明，这样的临界渗碳层碳浓度使渗碳层深度实测值与设定值比较接近能够保证零件的质量。 
所述渗碳层深度设定为0.85mm，实验证明，这样的渗碳层深度能够满足不同材料的0.75～0.95mm 工艺层深要求。 
所述工件总表面积设定为1.61m2，实验证明，这样的工件总表面积避免工件和料框产生积碳现象。 
对新料框真空渗碳热处理使用前进行2-3次预渗碳处理。实验证明，这样能够保证料框的新旧程度对工件总表面积的计算影响较小。 
所述真空渗碳热处理方法采用AvaC-Expert低压真空渗碳摸拟软件在真空设备上进行渗碳控制。实验证明，这使得本发明的真空渗碳热处理方法能够有效实施且质量好、成本低。 
以下简要说明本发明的实验过程及结果： 
（1）分别选用12CrNi2A 、12Cr2Ni4A和18Cr2Ni4WA三种材料的试样件，每种试样件的规格均为φ10×50mm，每种试样件均为9个，每次对3个试样件进行试验。
（2）对新料框应用设备上配置的AvaC-Expert低压真空渗碳摸拟软件进行渗碳，输入渗碳温度950℃、表面碳浓度0.87%、心部碳浓度0.16%、渗碳层深度0.90mm、临界渗碳层碳浓度0.35%、工件总表面积1.6m2、渗碳剂C2H2，摸拟整个渗碳过程，启动程序运行整个渗碳过程。渗碳过程结束后将上述程序调出再运行一次。 
（3）对12CrNi2A 、12Cr2Ni4A材料的试样件，应用设备上配置的AvaC-Expert低压真空渗碳摸拟软件渗碳，输入渗碳温度950℃、表面碳浓度0.87%、心部碳浓度0.16%、渗碳层深度0.90mm、临界渗碳层碳浓度0.35%、工件总表面积1.62m2、渗碳剂C2H2，摸拟整个渗碳过程，启动程序运行整个渗碳过程。 
（4）对18Cr2Ni4WA材料的试样件，应用设备上配置的AvaC-Expert低压真空渗碳摸拟软件渗碳，输入渗碳温度950℃、表面碳浓度0.87%、心部碳浓度0.18%、渗碳层深度0.90mm、临界渗碳层碳浓度0.35%、工件总表面积1.61m2、渗碳剂C2H2，摸拟整个渗碳过程，再启动程序完成整个渗碳过程。 
（5）检查网状碳化物、渗碳层深度及渗层均匀性，其试验数据见表1。 
                           表1 
Figure 613049DEST_PATH_IMAGE002
表1中的数据表明本真空渗碳热处理方法实现了无网状渗碳，只是实际渗层深度比设定值偏浅。
（6）进行试样淬火，检查淬火硬度情况，其试验数据见表2。 
表2 
Figure 592506DEST_PATH_IMAGE004
表2中的数据表明在无网碳化物的情况下淬火硬度符合要求，证实了表面碳浓度设定合理。
（7）对上述试验所确定的工艺参数进行部分调整，调整项包括表面碳浓度、临界渗碳层碳浓度、渗碳层深度。表面碳浓度0.95%、临界渗碳层碳浓度0.45%、渗碳层深度0.85mm，应用设备上配置的AvaC-Expert低压真空渗碳摸拟软件再次对上述三种材料的试样件进行渗碳。 
（8）检查网状碳化物、渗碳层深度及渗层均匀性，其试验数据见表3。 
                           表3 
Figure 372243DEST_PATH_IMAGE006
表3中的数据表明通过提高临界渗碳层碳浓度，使渗碳层深度的设定值与实测值偏差未超过5%，无网状碳化物表明表面碳浓度设定合理。
（9）根据试验数据确定出不同材料渗层深度的设定规律，即12CrNi2A材料渗层深度选取工艺要求范围的上限，12Cr2Ni4A材料渗层深度选取工艺要求范围的中上限，18Cr2Ni4WA材料渗层深度选取工艺要求范围的下限。 
（10）进行真空渗碳参数的优化组合试验，在保证无网状碳化物的情况下三种材料的试样件的淬火硬度合格，优化组合后的工艺参数见表4。 
表4 
Figure 2014100942258100002DEST_PATH_IMAGE007
上述试验过程及结果证明，本发明的真空渗碳热处理方法能够保证所加工零件的质量，并且成本较低。

Claims (9)

1.一种真空渗碳热处理方法，包括下列步骤；
渗碳剂的选择；
渗碳温度的设定；
表面碳浓度的设定；
心部碳浓度的设定；
临界渗碳层碳浓度的设定；
渗碳层深度的设定和工件总表面积的设定；
其特征在于：
所述渗碳剂选用乙炔气体；
所述渗碳温度设定为920-980℃；
所述表面碳浓度设定为0.87-0.95%C；
所述心部碳浓度设定为0.16%-0.18%；
所述临界渗碳层碳浓度大于0.35%C；
所述渗碳层深度设定为；0.75～0.95mm；
所述工件总表面积设定为1.6m2-1.62m2。
2.按照权利要求1的真空渗碳热处理方法，其特征在于：所述渗碳温度设定为950℃。
3.按照权利要求1的真空渗碳热处理方法，其特征在于：所述表面碳浓度设定为0.90%。
4.按照权利要求1的真空渗碳热处理方法，其特征在于：所述心部碳浓度设定为0.18%。
5.按照权利要求1的真空渗碳热处理方法，其特征在于：所述临界渗碳层碳浓度设定为0.45%。
6.按照权利要求1的真空渗碳热处理方法，其特征在于：所述渗碳层深度设定为0.85mm。
7.按照权利要求1的真空渗碳热处理方法，其特征在于：所述工件总表面积设定为1.61m2。
8.按照权利要求1的真空渗碳热处理方法，其特征在于：对新料框进行真空渗碳热处理使用前进行2至3次预渗碳处理。
9.按照权利要求1至8中任一项所述的真空渗碳热处理方法，其特征在于：所述真空渗碳热处理方法采用AvaC-Expert低压真空渗碳摸拟软件在真空设备上进行渗碳控制。
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