CN110846612A - 一种真空渗碳热处理加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及金属表面热处理技术领域，且公开了一种真空渗碳热处理加工工艺，将炉内抽真空并对炉内零件加热，加热温度为930～950℃，加热至设定温度后均温30min；向炉内以脉冲形式通入渗碳性气体，并以930～950℃恒温保持；进入扩散阶段，先将炉内抽真空，再向炉内充入氮气至炉内气压≤80Pa，并恒温保持，保持结束后再将炉内抽真空。本发明通过在渗碳扩散阶段，向炉内充入低压保护氮气，既能向炉内提供压力，提高其扩散效率，又能防止零件表面附近具备高浓度含碳量，从而，在保持炉内渗碳温度和渗碳浓度的情况下，提高炉内压力，提高渗碳效率，缩短扩散时间，进而提高生产效率，有效解决了渗碳温度、渗碳浓度以及渗碳效率之间的设定矛盾问题。
Description
技术领域
本发明涉及金属表面热处理技术领域，具体为一种真空渗碳热处理加工工艺。
背景技术
真空渗碳技术又称低压渗碳技术，是在低压真空状态下，采用脉冲方式，向高温炉内通入渗碳介质(如高纯乙炔)进行快速渗碳的过程。渗碳热处理多用于增加钢件表面的含碳量，经过淬火和低温回火后，可使零件表面具备高强的硬度和耐磨性能，而零件的心部仍然保持着低碳钢的韧性和塑性。其原理包括渗碳气的分解、吸收、扩散，其工艺流程一般包括：零件清洗-零件装料、进炉-炉内抽真空-炉内加热、均温-渗碳与扩散-热处理。
按照渗碳后的表面浓度以及渗碳深度的技术要求，需相应设定渗碳温度以及渗碳浓度，研究表明，渗碳温度越高，渗碳效率越快；渗碳浓度越高，渗碳效率越快；渗碳气压力越高，渗碳越快，渗碳层越均匀。而实际生产表明，如果渗碳时急剧加热，温度过高或渗碳时用全新渗碳剂，或用强烈的催渗剂过多，都会引起渗碳浓度过高，随着碳浓度过高，工件表面出现块状粗大的碳化物或网状碳化物，使渗碳层的韧性急剧下降。也就是说，渗碳温度、渗碳浓度均不可无限制提高，需要平衡渗碳温度、渗碳浓度以及渗碳效率之间的关系，以期达到最佳生产效果，为此，本申请提出一种真空渗碳工艺，旨在解决上述问题。
发明内容
针对背景技术中提出的现有真空渗碳工艺在实际生产过程中存在的不足，本发明提供了一种真空渗碳热处理加工工艺，具备生产效率高、节约资源与生产成本的优点，解决了上述背景技术中提出的问题。
本发明提供如下技术方案：一种真空渗碳热处理加工工艺，包括以下步骤：
S1、将零件清洗后装料进炉；
S2、将炉内抽真空并对炉内零件加热，加热温度为930～950℃，加热至设定温度后均温30min；
S3、向炉内以脉冲形式通入渗碳性气体，并以步骤S2中温度恒温保持；
S4、进入扩散阶段，先将炉内抽真空，再向炉内充入氮气至炉内气压≤80Pa，并恒温保持，保持结束后再将炉内抽真空；
S5、循环步骤S3和S4，至渗碳时间结束；
S6、将零件拉入炉内前室淬火油内进行淬火，而后回火冷却。
优选的，所述步骤S1中，零件清洗采用蒸汽喷淋及循环喷淋的复合洗净方式，并在热态下进行真空干燥。
优选的，所述步骤S2中，在炉内抽真空之后加热之前，向炉内充入保护氮气至炉内压力在1.3×102Pa左右，并在均温之后将炉内抽真空。
优选的，所述步骤S3中，脉冲时间间隔设定为5min，并在恒温保持阶段，前3min保持渗碳，后2min抽真空。
优选的，所述氮气为同一组保护气体。
优选的，所述步骤S6中，淬火油为等温分级油。
本发明具备以下有益效果：
1、本发明通过在渗碳扩散阶段，向炉内充入低压保护氮气，既能向炉内提供压力，提高其扩散效率，又能防止零件表面附近具备高浓度含碳量，从而，在保持炉内渗碳温度和渗碳浓度的情况下，提高炉内压力，提高渗碳效率，缩短扩散时间，进而提高生产效率，有效解决了渗碳温度、渗碳浓度以及渗碳效率之间的设定矛盾问题。
2、本发明通过在炉内升温阶段前充入保护氮气，一方面，保护氮气可防止零件表面氧化、脱碳，另一方面，充入氮气可提高炉内热传递效率，从而在加热时间段和均温时间段提高热传导效率，缩短加热时间，进而缩短工艺流程时间，进一步提高工艺生产效率，同时均温阶段，有了保护氮气的介入，可有效提高工件表面受热均匀化，保证获得均匀的渗碳层。
3、本发明所采用的氮气保护气为同一组气体，可在加热阶段使用后抽出，再在扩散阶段充入，全过程中，都是先抽真空，再充氮气，故而氮气全程均为不掺杂气体，不仅可循环使用，节约资源与生产成本，还可将加热阶段的热量补充扩散阶段，使得能量利用率最大化，进而节约资源与生产成本。
4、本发明通过采用蒸汽喷淋与循环喷淋复合清洗零件，洗净效果好，并在热态下真空干燥，零件表面无残留，清洗后的零件无需进行另处理。
5、本发明利用脉冲时间间隔期内，恒温保持渗碳与废气抽离，使得脉冲通入渗碳气体、渗碳过程、废气抽离过程在一个脉冲周期内同步进行，在保障渗碳阶段的浓度稳定情况下，提高渗碳效率，从另一个方面提高生产效率。
附图说明
图1为本发明工艺流程框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，一种真空渗碳热处理加工工艺，包括以下步骤：
S1、将零件清洗后装料进炉；针对零件表面的油脂等污物，可采用有机溶剂或专用清洗剂进行。
S2、将炉内抽真空并对炉内零件加热，加热温度为930～950℃，加热至设定温度后均温30min；此处，在渗碳温度930℃基础上适度提高，可考虑了充入保护氮气后，后续对与氮气的抽取可带走炉内部分热量，故而此温度提高可适度弥补热量损失带来的炉内降温，使得最终炉内温度达到渗碳温度参数要求。
S3、向炉内以脉冲形式通入渗碳性气体，并以步骤S2中温度恒温保持；
S4、进入扩散阶段，先将炉内抽真空，再向炉内充入氮气至炉内气压≤80Pa，并恒温保持，保持结束后再将炉内抽真空；
S5、循环步骤S3和S4，至渗碳时间结束；
S6、将零件拉入炉内前室淬火油内进行淬火，而后回火冷却。
传统渗碳过程中，未提高渗碳效率，往往会将部分未渗碳完全的气体存留在炉内，并配合新补充的渗碳气体，使得炉内压力提升，从而提高渗碳效率，但此举，由于渗碳存留的气体中含碳量无法确定，与新补充的渗碳气体结合，可能会出现高浓度含碳量的情况，致使零件表面出现块状粗大的碳化物或网状碳化物，本发明通过在渗碳扩散阶段，向炉内充入低压保护氮气，既能向炉内提供压力，提高其扩散效率，又能防止零件表面附近具备高浓度含碳量，从而，在保持炉内渗碳温度和渗碳浓度的情况下，提高炉内压力，提高渗碳效率，缩短扩散时间，进而提高生产效率，有效解决了渗碳温度、渗碳浓度以及渗碳效率之间的设定矛盾问题。
其中，步骤S1中，零件清洗采用蒸汽喷淋及循环喷淋的复合洗净方式，并在热态下进行真空干燥。通过采用蒸汽喷淋与循环喷淋复合清洗零件，洗净效果好，并在热态下真空干燥，零件表面无残留，清洗后的零件无需进行另处理。
其中，步骤S2中，在炉内抽真空之后加热之前，向炉内充入保护氮气至炉内压力在1.3×102Pa左右，并在均温之后将炉内抽真空，步骤S2与S4中氮气为同一组保护气体。
由于炉内真空度较高，热的传递主要靠热辐射进行，因此，传统的加工工艺的加热速度较慢，一般需要1h左右才能达到真空渗碳温度。由于工件所处的位置不同，加热速度也不同，面向电加热器的工件先吸热，升温相对较快，而背向电加热器的工件则升温较慢，故而工件加热的温度是不均匀的，均热阶段依靠零件固体内传热与真空热辐射，最终达到均热的效果所需时间相对较长。通过在炉内升温阶段前充入保护氮气，一方面，保护氮气可防止零件表面氧化、脱碳，另一方面，充入氮气可提高炉内热传递效率，从而在加热时间段和均温时间段提高热传导效率，缩短加热时间，进而缩短工艺流程时间，进一步提高工艺生产效率，同时均温阶段，有了保护氮气的介入，可有效提高工件表面受热均匀化，保证获得均匀的渗碳层。
所采用的氮气保护气为同一组气体，可在加热阶段使用后抽出，再在扩散阶段充入，全过程中，都是先抽真空，再充氮气，故而氮气全程均为不掺杂气体，不仅可循环使用，节约资源与生产成本，还可将加热阶段的热量补充扩散阶段，使得能量利用率最大化，进而节约资源与生产成本。
其中，步骤S3中，脉冲时间间隔设定为5min，并在恒温保持阶段，前3min保持渗碳，后2min抽真空。
其中，步骤S6中，淬火油为等温分级油。等温淬火即是先把淬火介质加热到要求的等温温度，然后将加热零件置于淬火介质中，使下贝氏体的组织转变全部在等温过程中完成，而分级淬火是将加热后的工件首先放在稍高于马氏体转变温度的介质中冷却，待工件内外温度一致后，在奥氏体开始发生分解之前，迅速转移到油中冷却至室温，使得奥氏体转变为马氏体组织，采用等温分级淬火，可在渗层碳浓度含量相同的情况下，获得较深的淬火硬化层。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种真空渗碳热处理加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将零件清洗后装料进炉；
S2、将炉内抽真空并对炉内零件加热，加热温度为930～950℃，加热至设定温度后均温30min；
S3、向炉内以脉冲形式通入渗碳性气体，并以步骤S2中温度恒温保持；
S4、进入扩散阶段，先将炉内抽真空，再向炉内充入氮气至炉内气压≤80Pa，并恒温保持，保持结束后再将炉内抽真空；
S5、循环步骤S3和S4，至渗碳时间结束；
S6、将零件拉入炉内前室淬火油内进行淬火，而后回火冷却。
2.根据权利要求1所述的一种真空渗碳热处理加工工艺，其特征在于：所述步骤S1中，零件清洗采用蒸汽喷淋及循环喷淋的复合洗净方式，并在热态下进行真空干燥。
3.根据权利要求1所述的一种真空渗碳热处理加工工艺，其特征在于：所述步骤S2中，在炉内抽真空之后加热之前，向炉内充入保护氮气至炉内压力在1.3×102Pa左右，并在均温之后将炉内抽真空。
4.根据权利要求1所述的一种真空渗碳热处理加工工艺，其特征在于：所述步骤S3中，脉冲时间间隔设定为5min，并在恒温保持阶段，前3min保持渗碳，后2min抽真空。
5.根据权利要求1或3任一所述的一种真空渗碳热处理加工工艺，其特征在于：所述氮气为同一组保护气体。
6.根据权利要求1所述的一种真空渗碳热处理加工工艺，其特征在于：所述步骤S6中，淬火油为等温分级油。
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