CN109423598A - 使由铁合金和由其他金属制成的工件低压渗碳（lpc）的方法 - Google Patents

使由铁合金和由其他金属制成的工件低压渗碳（lpc）的方法 Download PDF

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Abstract

以恒定时间步长，以饱和状态在820℃至1200℃的温度下在气体气氛中在用于连续、在线热化学表面处理的设备中使由铁合金和由其他金属制成的元件低压渗碳(LPC)的方法，其中与设备的工作时间步长同步地以恒定的流量‑时间序列使用脉冲，向设备的真空腔室内引入气体碳载体。

Description

使由铁合金和由其他金属制成的工件低压渗碳(LPC)的方法
本发明的目的是在用于连续、在线热化学表面处理工件的设备中使由铁合金和由其他金属制成的工件低压渗碳(LPC)的方法。
专利公开US 5,205,873描述了在加热至820℃和1100℃之间的温度的炉腔中低压渗碳的方法。该方法在其中产生约10-1hPa初始真空的腔室中开始，以去除空气。随后，一旦腔室被填充纯氮，将待经历渗碳的工件加载在腔室中。在腔室载料后，产生约10-2hPa的真空，并将加料加热至奥氏体化温度。保持这样的温度直到该温度在待渗碳工件内平衡，随后腔室被氢气填充到压力为500hPa。随后，在10至100hPa的压力下引入作为碳载体的乙烯，并且产生由氢气和乙烯组成的气体混合物，乙烯形成混合物体积的2％至约60％。
专利公开US 6,187,111 B1描述了一种在其中产生1至10hPa的真空的炉腔中使由钢制成的工件渗碳的方法，同时渗碳发生的温度在900℃至1100℃的范围内。在该方法中，炭的载体是气体乙烯。
专利公开US 5,702,540和EP 0 882 811 B1描述了在压力为1至50hPa的真空炉中进行的由铁合金制成的工件的真空渗碳的方法，其中碳气氛由甲烷、丙烷、乙炔或乙烯在热炉腔中实现。这些化合物单独使用或以混合物使用。通常，两种方法用于在这些过程中配置碳饱和和扩散阶段。在第一种即所谓的脉冲法中，渗碳气氛被循环地投料到真空炉腔中，随后进行反应产物去除，直到腔室中获得工艺真空(technical vacuum)，随后连续保持该真空若干分钟。脉冲的次数取决于产生的渗碳表面的厚度并且在数次至数十次(a few toseveral dozens)的范围内。第二种方法为注射法，该方法由在渗碳阶段期间通过喷嘴体系直接在真空炉的腔室内的进料上连续投料渗碳气氛组成。在该阶段期间，保持含碳气氛的恒定工作压力，并且在每个渗碳阶段之后发生扩散阶段。在该配置方法中的循环数在1至数次的范围内。
专利公开PL 202 271 B1描述了一种在无氧气氛中在减压下在真空炉中进行的使钢工件渗碳的方法，其中渗碳阶段在乙烯或丙烷或乙炔与氢气的混合物的气氛中发生，体积比为1.5至10，经历时间为5至40分钟，压力从0.1kPa调节至3kPa，其中增压时间是减压时间的3至20倍。
专利公开PL 204 747 B1描述了一种在减压升温下在真空炉中使钢工件(主要为机器、车辆和其他机械设备的元件)渗碳的方法。在减压下使钢元件渗碳的该方法在于在加热进料时间期间引入活性氮的载体。当进料达到开始渗碳过程所需要的温度时，停止引入活性氮的载体的过程，并且随后加入碳的载体。在引入活性氮载体的时间期间，炉腔中的压力应当保持在0.1和50kPa之间。
此外，波兰专利申请P.411158号描述了用于真空渗碳和淬火的多腔室炉，其中被加工工件在线流动通过连接的过程腔室。
根据本发明，该低压渗碳(LPC)法的本质为在820℃至1200℃的渗碳温度下向用于连续、在线热化学表面处理工件的设备中引入气体碳载体，该引入与设备的工作时间步长同步地以恒定的流量-时间序列以脉冲进行。
优选气体碳载体在设备的每个工作时间步长期间或跳过1至5个时间步长引入。
还优选气体碳载体以由每时间步长1至5个脉冲组成的序列引入。
还优选气体碳载体以脉冲引入，每分钟的流量为0.1至100dm3，脉冲持续时间为1至300秒。
另外，还优选气体碳载体在0.2和10hPa之间的恒定绝对压力下引入。
此外，还优选气体碳载体为烃，例如乙炔或烃混合物。
根据本发明，该渗碳方式允许形成具有不受限制的碳浓度梯度分布的渗碳层，该不受限制的碳浓度梯度分布得自以下过程参数的调节：温度、压力、时间步长和脉冲的持续期间，以及气体碳载体的流量。当使用较高温度时，这是特别重要的，缩短了过程时间并减少了费用。
在脉冲期间跳过时间步长：若没有跳过时间步长，则气体脉冲在各时间步长期间相同；若跳过一个时间步长，则脉冲在每次的第二个时间步长中；若跳过两个时间步长，则脉冲在每次的第三个时间步长中，等等。
实施例1
将一批重量为2.49kg、表面积为0.054m2的用16MnCr5钢制成的相同的带齿齿轮以180秒的时间步长放置在具有在线工件流的真空炉中，该真空炉由3个过程腔室组成，各自用于加热、渗碳和扩散，各自由15个位置组成。顺次地，在3个腔室中轮状物移动通过所有15个位置，从加热腔室开始，并且随后是渗碳腔室，以及扩散腔室。在加热腔室中，它们被加热至950℃的温度。然后，在已经被加热到950℃的温度的渗碳腔室中，对于15个位置中的每一个，在每个180秒的时间步长中通过以每分钟16dm3的流量引入乙炔持续8秒使轮状物经历低压渗碳。接着，将轮状物移动到扩散腔室，在此它们在10个位置中保持在950℃的温度，而在剩下的5个位置中温度降低至860℃。然后，将轮状物各自在0.3MPa的压力下在氮气中淬火，并在附加设备中在180℃下回火。
在所有的轮状物上，实现了具有0.60±0.02mm的常规厚度(在齿的侧表面上测定)的均匀渗碳的表面，具有恰当的马氏体微结构，在表面下区域没有任何碳化物析出。渗碳元件的表面显示出金属光亮，并且在炉装置中不存在任何与碳相关的污染。
实施例2
将一批重量为1.66kg、表面积为0.07m2的用16MnCr5钢制成的相同的带齿齿轮以90秒的时间步长放置在具有在线工件流的真空炉中，该真空炉由3个过程腔室组成，各自用于加热、渗碳和扩散，各自由15个位置组成。顺次地，在3个腔室中轮状物移动通过所有15个位置，从加热腔室开始，并且随后是渗碳腔室，以及扩散腔室。在加热腔室中，它们被加热至1040℃的温度。然后，在已经被加热到1040℃的温度的渗碳腔室中，对于15个位置中的每一个，在每个90秒的时间步长中通过以每分钟22dm3的流量引入乙炔持续10秒使轮状物经历低压渗碳。接着，将轮状物移动到扩散腔室，在此它们在10个位置中保持在1040℃的温度，而在剩下的5个位置中温度降低至860℃。然后，将轮状物各自在0.3MPa的压力下在氮气中淬火，并在附加设备中在180℃下回火。
在所有的轮状物上，实现了具有0.65±0.02mm的常规厚度(在齿的侧表面上测定)的均匀渗碳的表面，具有恰当的马氏体微结构，在表面下区域没有任何碳化物析出。渗碳元件的表面显示出金属光亮，并且在炉装置中不存在任何与碳相关的污染。

Claims (6)

1.以恒定时间步长，以饱和状态在820℃至1200℃的温度下在气体气氛中在用于连续、在线热化学表面处理的设备中使由铁合金和由其他金属制成的元件低压渗碳(LPC)的方法，其特征在于，与设备的工作时间步长同步地以恒定的流量-时间序列使用脉冲，向设备的真空腔室内引入气体碳载体。
2.根据权利要求1的方法，其中所述气体碳载体在设备的每个工作时间步长期间或跳过1-5个时间步长引入。
3.根据权利要求1的方法，其中所述气体碳载体以由每时间步长1至5个脉冲组成的序列引入。
4.根据权利要求2或3的方法，其中所述气体碳载体以脉冲引入，每分钟的流量为0.1至100dm3，脉冲持续时间为1至300秒。
5.根据权利要求2或3的方法，其中所述气体碳载体在0.2和10hPa之间的绝对压力下引入。
6.根据权利要求1-5中任一项的方法，其中所述气体碳载体为烃，优选为乙炔或烃混合物。
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