CN215713317U - 复合渗碳设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型的实施例提供了一种复合渗碳设备，涉及热处理技术领域，该复合渗碳设备包括渗碳炉体、加热室、第一抽真空装置、碳势控制装置和渗碳气体通入装置，渗碳炉体具有加热区与冷却区，加热室设置在加热区，第一抽真空装置与加热室连接，渗碳气体通入装置与加热室连接，碳势控制装置设置在加热室内，用于在缓冷阶段对加热室内的碳势进行控制，以使得产品表面的碳浓度均匀分布。相较于现有技术，本实用新型额外设置有碳势控制装置，从而能够控制加热室内的碳势，从而能够在真空渗碳的最后阶段进行CP控制，可使表面碳浓度不均匀被大幅缓和，从而避免了产生残留的奥氏体，进而大幅提升了产品的质量。

Description

复合渗碳设备

技术领域

本实用新型涉及热处理技术领域，具体而言，涉及一种复合渗碳设备。

背景技术

在热处理领域，目前的渗碳工艺主要有两种：气氛渗碳和真空渗碳，采用气氛渗碳容易在处理品表面生成粒界氧化层，不利于产品的质量，并且为了避免积碳，在形成目标CP之前需要相当长的时间，不利于产品的热处理效率的提高。进一步地，出现了真空渗碳方式，但是真空渗碳为控制度较低的渗碳方式。这是因为其依赖于产品形状，所以会在产品的表面发生碳浓度不均匀的现象。特别是在具有锐角部的处理品的情况下，由于其前端附近的碳浓度高，所以可能会产生残留的奥氏体，影响产品的质量。

实用新型内容

本实用新型的目的包括，例如，提供了一种复合渗碳设备，其能够提升产品质量。

本实用新型的实施例可以这样实现：

第一方面，本实用新型提供一种复合渗碳设备，包括渗碳炉体、加热室、第一抽真空装置、碳势控制装置和渗碳气体通入装置，所述渗碳炉体具有加热区与冷却区，所述加热室设置在所述加热区，用于加热所述产品，所述第一抽真空装置与所述加热室连接，用于对所述加热室进行抽真空处理，所述渗碳气体通入装置与所述加热室连接，用于在真空状态下向所述加热室内通入渗碳气体，以实现对所述产品的真空渗碳，所述碳势控制装置设置在所述加热室内，用于在缓冷阶段对所述加热室内的碳势进行控制，以使得所述产品表面的碳浓度均匀分布。

在可选的实施方式中，所述冷却区设置有内部搬送装置，所述炉体上远离所述加热区的端面设置有进料口，所述进料口上设置有前门，所述内部搬送装置用于将所述产品从所述进料口搬送至所述加热室。

在可选的实施方式中，所述内部搬送装置的下方还设置有冷却槽，所述冷却槽内设置有冷却油，用于对所述产品进行油冷。

在可选的实施方式中，所述内部搬送装置的上方还设置有风冷装置，所述风冷装置用于对所述产品进行风冷。

在可选的实施方式中，所述加热室远离所述冷却区的一端还设置有对流风扇，所述对流风扇伸入所述加热室，用于对所述加热室内的气体进行搅动。

在可选的实施方式中，复合渗碳设备还包括第二抽真空装置，所述渗碳炉体上设置有炉体真空排气口，所述第二抽真空装置与所述炉体真空排气口连接，用于对所述渗碳炉体进行抽真空处理。

在可选的实施方式中，所述加热室靠近所述冷却区的一端设置有加热门，所述加热门用于在所述产品进入所述加热室后关闭。

在可选的实施方式中，所述碳势控制装置包括碳势测定仪和碳势控制阀，所述碳势测定仪设置在所述加热室内，用于测定所述加热室内的碳势，所述碳势控制阀与所述碳势测定仪连接，所述加热室上设置有渗碳气体导入口，所述渗碳气体通入装置与所述渗碳气体导入口连接，所述碳势控制阀设置在所述渗碳气体导入口上，用于控制进入所述加热室内的渗碳气体的流量。

本实用新型实施例的有益效果包括，例如：

本实用新型实施例提供的复合渗碳设备，其在渗碳炉体内设置有加热区和冷却区，加热室设置在加热区内，第一抽真空装置与加热室连接，用于对加热室进行抽真空处理，渗碳气体通入装置与加热室连接，并在真空状态下向加热室内通入渗碳气体，以实现对产品的真空渗碳。此外，本实用新型额外设置了碳势控制装置，碳势控制装置设置在加热室内，用于对加热室内的碳势进行控制，以使得碳浓度均匀分布在产品的表面。相较于现有技术，本实用新型额外设置有碳势控制装置，从而能够控制加热室内的碳势，从而能够在真空渗碳的最后阶段进行CP控制，可使表面碳浓度不均匀被大幅缓和，从而避免了产生残留的奥氏体，进而大幅提升了产品的质量。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的复合渗碳设备的整体结构示意图；

图2为图1中加热室的连接结构示意图；

图3为图1中加热区的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的复合渗碳工艺的步骤框图。

图标：100-复合渗碳设备；110-渗碳炉体；111-加热区；113-冷却区；115-内部搬送装置；117-前门；119-炉体真空排气口；120-加热室；121-对流风扇；123-加热门；130-第一抽真空装置；140-碳势控制装置；141-碳势测定仪；143-碳势控制阀；160-渗碳气体通入装置；161-渗碳气体导入口；170-冷却槽；180-风冷装置；190-第二抽真空装置。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

正如背景技术中所公开的，现有技术中的渗碳处理工艺都存在较大的问题。例如，传统工艺中的气氛渗碳一般以一氧化碳(CO)为主要的渗碳气体。吸热型变成气的情况下，将一氧化碳调整为20～24.5％，生成基本气体。但是，由于基本气体中的碳(以下称CP)较低，因此添加了被称为富化气(丙烷等碳氢气体)的气体，增加了渗碳反应所需的一氧化碳浓度和氢浓度。降低CP时一般使用空气。这些反应通过停留在炉内的气体的各种反应来保持平衡状态。由于处理品在升温、均热及缓冷区域也会进行微妙地渗碳，因此根据升温、均热及缓冷工艺，处理品之间会产生渗碳偏差。而且，由于氧成分介入热处理全部工序，所以在处理品表面上会生成粒界氧化层，不利于产品的质量。另外，作为特征的CP控制一般在0.6～1.2的广泛范围内被控制。从升温、均热时(低CP)到渗碳过程：0.8～1.2转移之前需要投入富化气(碳氢化合物：主要是丙烷)。如果快速投入的话，会产生产生积碳，因此需要微量投入，所以在形成目标CP之前需要相当长的时间，不利于产品的热处理效率的提高。并且，从渗碳工序到调整气氛(扩散工序)：0.6～0.7时，为了降低CP一般需要投入空气，而过渡CP的差越大，在处理品表面就越容易产生粒界氧化层，进一步降低了产品质量。还有，气氛管理中的不纯成分，比如说，空气中的水分等，每天设备外围的环境不同，所以需要在气氛管理中进行露点管理。因为使用的渗碳气体是一氧化碳，所以必须进行排气处理和气体泄漏等安全管理。

此外，传统的真空渗碳方式也存在一些问题，渗碳时，到渗碳温度的碳固溶极限点(A3-Acm点)的过程中表面碳量上升。这是一种通过之后的扩散降低到目标表面碳浓度的工艺。同时，真空渗碳会根据形状产生扩散阻碍。例如，锐角部内部扩散集中，锐角部前端不充分扩散，从而会产生碳浓度高的部位。也就是说，虽然是形状依赖，但在一个部件中，表面碳量不同，导致最终在产品的表面产生碳浓度不均匀的现象，从而可能会产生残留的奥氏体，从而影响产品的质量。为了最小化这些碳浓度影响，现有技术中进行了分割渗碳和脉冲渗碳，但是这需要根据各部件的形状来决定渗碳条件，适用性较低，不能进行不同形状的混载处理。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种新型的符合渗碳设备和工艺，需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型的实施例中的特征可以相互结合。

具体实施例

结合参见图1至图3，本实施例提供了一种复合渗碳设备100，其能够在真空渗碳的最后阶段进行CP控制，可使表面碳浓度不均匀被大幅缓和，从而避免了产生残留的奥氏体，进而大幅提升了产品的质量。

本实施例提供的复合渗碳设备100，包括渗碳炉体110、加热室120、第一抽真空装置130、碳势控制装置140和渗碳气体通入装置160，渗碳炉体110具有加热区111与冷却区113，加热室120设置在加热区111，用于加热产品，第一抽真空装置130与加热室120连接，用于对加热室120进行抽真空处理，渗碳气体通入装置160与加热室120连接，用于在真空状态下向加热室120内通入渗碳气体，以实现对产品的真空渗碳，碳势控制装置140设置在加热室120内，用于在缓冷阶段对加热室120内的碳势进行控制，以使得产品表面的碳浓度均匀分布。

在本实施例中，渗碳炉体110整体为耐真空的密封压力容器，从而能够隔绝外部，保证内部进行热处理时的密封性。需要说明的是，本实施例中所提及的真空概念，均是指的是热处理领域所公知的真空概念，即其内部的气体含量和压强要求达到了一定的标准，具体可参考现有技术中的相关描述。

在本实施例中，冷却区113设置有内部搬送装置115，炉体上远离加热区111的端面设置有进料口，进料口上设置有前门117，内部搬送装置115用于将产品从进料口搬送至加热室120。具体地，内部搬送装置115可以是链条式输送板或者滑轨式输送板，其具体形式在此不做限定。在实际输送时，可以打开前门117，将产品放置在内部搬送装置115上，然后通过滑轨或链条向后方输送，直至输送至加热室120内部。

在本实施例中，内部搬送装置115的下方还设置有冷却槽170，冷却槽170内设置有冷却油，用于对产品进行油冷。具体地，冷却槽170设置在冷却区113的下方，其内部填充有冷却油，用于对产品进行淬火处理。此处为了进一步保证油冷的均匀性，在冷却槽170内还设置有搅拌装置，通过该搅拌装置能够对冷却油进行搅拌，使得热量分布更加均匀。具体可通过油搅拌机进行搅拌，其中油搅拌机的旋转速度的选择可以决定油冷的均匀性，此处将马达用作旋转动力源，可通过变频器等使马达的旋转数发生变化，进而改变搅拌速度。其中高旋转速度提高了油的流动性，结果是冷却速度上升。但是，高速搅拌容易导致冷的地方和不易冷的地方的差距扩大，结果可能导致硬度偏差。低旋转是相反的，冷的地方和不易冷的地方的差距减小，更有利于冷却的均匀性，此处对于油搅拌机的具体转速不作限定，可以根据实际的需求进行设置。

在本实施例中，内部搬送装置115的上方还设置有风冷装置180，风冷装置180用于对产品进行风冷。具体地，在冷却槽170中进行淬火时，会产生大量的油烟，通过风冷装置180对油烟进行冷却，从而间接对产品进行风冷。此处风冷装置180可以包括一风冷叶片和热交换器，其中风冷叶片将油烟或者带有大量热量的空气向上吸，并使得空气或油烟与热交换器进行热量交换，从而达到冷却的效果。当然，针对此处的风冷效果，也可以直接使得风冷装置180与外部空间导通，从而将热量迅速地排出到外部空间，其同样能够实现良好的冷却效果。

需要说明的是，在实际进行油冷时，从炉内压力(例如70kPa、50kPa、30kPa、10kPa)中选择。注意在进行油冷时的压力最高，此处将渗碳炉体110内的压力不设为接近大气压的压力，理由是加热的产品投入冷却油中会产生油烟，会导致炉内压力会瞬间上升。如果在1个大气压以下，油烟也不会排出到炉外。作为油烟对策，此处可以启动风冷装置180，于是飞舞的油烟被冷却，降低上升了的炉内压。

在本实施例中，加热室120远离冷却区113的一端还设置有对流风扇121，对流风扇121伸入加热室120，用于对加热室120内的气体进行搅动。具体地，对流分散设置在加热室120内，能够搅动加热室120内的气体，从而保证加热室120内各处受热均匀，加热均匀度更高。

进一步地，本实施例中复合渗碳设备100还包括第二抽真空装置190，渗碳炉体110上设置有炉体真空排气口119，第二抽真空装置190与炉体真空排气口119连接，用于对渗碳炉体110进行抽真空处理。具体地，第二抽真空装置190直接与渗碳炉体110整体连接，从而能够对渗碳炉体110进行整体的抽真空处理。

需要说明的是，此处加热室120上也设置有真空管道，该真空管道与第一抽真空装置130连接，利用第一抽真空装置130能够对加热室120进行抽真空处理。可选的，此处第一抽真空装置130和第二抽真空装置190可以设置为一体，即通过同一抽真空设备实现对加热室120和渗碳炉体110的抽真空处理。当然，此处第一抽真空装置130和第二抽真空装置190均可以是通过真空泵来实现抽气，其具体工作原理可参考现有的抽真空设备。

在本实施例中，加热室120靠近冷却区113的一端设置有加热门123，加热门123用于在产品进入加热室120后关闭。加热门123用于实现热量隔绝，使得加热室120内进行加热室120，热量不会大量溢散到冷却区113。此处加热室120与冷却区113之间还可以设置有用于隔绝气氛的隔离门，通过设置隔离门，可以起到隔离气氛的作用，当密封材料不良时，隔离门能够有效避免加热室120的气氛气体泄漏到冷却区113侧。在CP控制用的渗碳气体中使用一氧化碳时，则避免了一氧化碳泄漏至冷却区113。

在本实施例中，碳势控制装置140包括碳势测定仪141和碳势控制阀143，碳势测定仪141设置在加热室120内，用于测定加热室120内的碳势，碳势控制阀143与碳势测定仪141连接，加热室120上设置有渗碳气体导入口161，渗碳气体通入装置160与渗碳气体导入口161连接，碳势控制阀143设置在渗碳气体导入口161上，用于控制进入加热室120内的渗碳气体的流量。具体地，碳势控制阀143为电磁阀，其设置在渗碳气体导入口161上，并且受到碳势测定仪141的测定结果控制，即当碳势测定仪141测定出加热室120内的碳势过高时，则可以通过碳势控制阀143降低渗碳气体的流量，从而降低加热室120内的碳势，或者控制过程相反。通过碳势控制装置140，能够有效地对加热室120内的碳势进行控制，从而能够在真空渗碳的最后阶段进行CP控制，可使表面碳浓度不均匀被大幅缓和，从而避免了产生残留的奥氏体，进而大幅提升了产品的质量。其中，碳势测定仪141可以是通过测定炉内二氧化碳的含量来进行碳势测定，例如通过氧探头测定炉内氧含量，进而测定出碳势。当然，此处碳势测定仪141的具体结构和测量原理也可以参考现有的碳势测定设备，在此不做具体限定。

参见图4，本实施例还提供了一种复合渗碳工艺，其适用于前述的复合渗碳设备100。该工艺包括以下步骤：

S1：将产品放入渗碳炉体110的冷却区113。

具体地，打开前门117，将产品放入到冷却区113内的内部搬送装置115上，然后关闭前门117，使得渗碳炉体110整体处于密封状态。

S2：对渗碳炉体110进行抽真空处理。

具体地，关闭前门117后，利用第二抽真空装置190对整个渗碳炉体110进行抽真空处理，使得整个渗碳炉体110处于真空状态。具体可以将渗碳炉体110内抽真空至规定值，在一定时间内关闭真空排气阀。在这里可以确认真空度的变化，目的是检查真空泄漏。如果规定的时间内真空度没有变化，则进入下一步。否则，会发出警报，进行检查。

在对渗碳炉体110进行抽真空处理时，若加热室120和渗碳炉体110整体处于连通状态，则可以保证加热室120一并进行抽真空处理。或者，可以利用第一抽真空装置130对加热室120进行抽真空处理。

S3:将产品装入真空状态下的加热室120。

具体地，打开加热门123，利用内部搬送装置115将产品输送至加热室120内部，然后关闭加热门123。

S4：对真空状态下的加热室120进行升温，以对产品进行加热。

具体地，加热第一步首先在真空状态下加热，该目的是去除使产品表面附着的蒸汽。加热第二步采用选择制。节能运转时，加热第二步是真空加热。在短时间内运行的情况下，将惰性气体(氮气)从吹入口进入加热室120内，启动对流风扇121，进行对流加热。此时，气体的压力最好控制在80kPa左右，使得即便加热后的气体因热膨胀而使炉内压力上升，炉内压力也不超过101kPa(大气压)。为了避免密封部漏气，投入的气体要采用封入式，平时不加气氛。

S5：均热加热室120。

具体地，均热步骤与加热步骤相同，以保证加热的均匀性。

S6：通过渗碳气体通入装置160向加热室120内通入渗碳气体，以对产品进行渗碳。

具体地，在均热一定时间后，进入渗碳步骤，在渗碳步骤中，为了使用常规真空渗碳中使用的渗碳气体，在均热步骤结束后，将炉内设置为真空状态，若真空加热则自然保持真空状态，若对流加热则再次进行一次抽真空处理。之后，从渗碳气体导入口161导入渗碳气体。在使用乙炔气体的情况下，优选控制压力在从真空的粘性流动区域切换到中间区域的压力以下(200Pa以下)。如果分子流的特性稍微起作用的话，处理品之间有间隙的话，则可以自由进出，可以减少渗碳花斑的产生。

在进行渗碳步骤后，可以进行扩散步骤，扩散步骤为选择值，可以是惰性气氛，也可以是真空气氛，具体可参考常规的扩散工艺。

S7：缓冷加热室120，并利用碳势控制装置140控制加热室120内的碳势，以使得产品表面的碳浓度均匀分布。

具体地，在缓冷步骤中，在惰性气体气氛下进行真空排气。通过使渗碳炉体110内部处于真空状态，极力去除杂质成分。之后用滴注式渗碳进行说明：将甲醇投入至炉内高温部，使其气化。另外，为了形成目标CP，也可以在投入甲醇的同时投入富化气体。在滴注式的情况下，由于甲醇的汽化潜热，炉内温度有下降的倾向，所以在缓冷步骤中进行调整气氛为佳。气氛调整后，使用碳势测定仪141等传感器进行CP控制。所谓传感器，可以是氧探头进行氧含量管理，进行CP控制。红外线分析管理二氧化碳量，进行CP控制，CP控制可以通过碳势控制阀143来实现。缓冷步骤和淬火前均热也继续进行CP控制。

设定的CP控制时间完成后，进行一次炉内真空排气。

S8：对产品进行冷却。

冷却工序可以有多种选择，在进行油冷时，从炉内压力(例如70kPa、50kPa、30kPa、10kPa)中选择。注意这里的压力最高也不会接近大气压的压力。理由是加热的产品投入油中会产生油烟，这样的话，炉内压力会瞬间上升。并且如果在1个大气压以下，油烟也不会排出到炉外。关于该压力，在压力高的情况下，由于蒸汽膜切断的温度高，所以处理品在高温下的冷却能力变高。但是，在运送处理品时，除了增加辐射散热外，对流产生的热量随着压力的增加而增加。相反，真空侧在高温部蒸汽膜切断的温度变低，所以冷却很慢。但是，对流散热少。作为油烟的对策，此处可以启动风冷装置180，于是飞舞的油烟被冷却，降低上升了的炉内压。

综上所述，本实施例提供了一种复合渗碳设备100和复合渗碳工艺，其在渗碳炉体110内设置有加热区111和冷却区113，加热室120设置在加热区111内，第一抽真空装置130与加热室120连接，用于对加热室120进行抽真空处理，渗碳气体通入装置160与加热室120连接，并在真空状态下向加热室120内通入渗碳气体，以实现对产品的真空渗碳。此外，本实用新型额外设置了碳势控制装置140，碳势控制装置140设置在加热室120内，用于对加热室120内的碳势进行控制，以使得碳浓度均匀分布在产品的表面。相较于常规的渗碳技术，本实施例额外设置有碳势控制装置140，从而能够控制加热室120内的碳势，从而能够在真空渗碳的最后阶段进行CP控制，可使表面碳浓度不均匀被大幅缓和，从而避免了产生残留的奥氏体，进而大幅提升了产品的质量。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种复合渗碳设备，其特征在于，包括渗碳炉体、加热室、第一抽真空装置、碳势控制装置和渗碳气体通入装置，所述渗碳炉体具有加热区与冷却区，所述加热室设置在所述加热区，用于加热产品，所述第一抽真空装置与所述加热室连接，用于对所述加热室进行抽真空处理，所述渗碳气体通入装置与所述加热室连接，用于向真空状态下的所述加热室内通入渗碳气体，以对所述产品进行真空渗碳，所述碳势控制装置设置在所述加热室内，用于对所述加热室内的碳势进行控制，以使得所述产品表面的碳浓度均匀分布。

2.根据权利要求1所述的复合渗碳设备，其特征在于，所述冷却区设置有内部搬送装置，所述炉体上远离所述加热区的端面设置有进料口，所述进料口上设置有前门，所述内部搬送装置用于将所述产品从所述进料口搬送至所述加热室。

3.根据权利要求2所述的复合渗碳设备，其特征在于，所述内部搬送装置的下方还设置有冷却槽，所述冷却槽内设置有冷却油，用于对所述产品进行油冷。

4.根据权利要求2所述的复合渗碳设备，其特征在于，所述内部搬送装置的上方还设置有风冷装置，所述风冷装置用于对所述产品进行风冷。

5.根据权利要求1所述的复合渗碳设备，其特征在于，所述加热室远离所述冷却区的一端还设置有对流风扇，所述对流风扇至少部分位于所述加热室，用于对所述加热室内的气体进行搅动。

6.根据权利要求1所述的复合渗碳设备，其特征在于，所述复合渗碳设备还包括第二抽真空装置，所述渗碳炉体上设置有炉体真空排气口，所述第二抽真空装置与所述炉体真空排气口连接，用于对所述渗碳炉体进行抽真空处理。

7.根据权利要求1所述的复合渗碳设备，其特征在于，所述加热室靠近所述冷却区的一端设置有加热门，所述加热门用于在所述产品进入所述加热室后关闭。

8.根据权利要求1所述的复合渗碳设备，其特征在于，所述碳势控制装置包括碳势测定仪和碳势控制阀，所述碳势测定仪设置在所述加热室内，用于测定所述加热室内的碳势，所述碳势控制阀与所述碳势测定仪连接，所述加热室上设置有渗碳气体导入口，所述渗碳气体通入装置与所述渗碳气体导入口连接，所述碳势控制阀设置在所述渗碳气体导入口上，用于控制进入所述加热室内的渗碳气体的流量。

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