炉压对气体渗氮过程的影响
第29卷第5期2008年10月热处理技术与装备
RECHU L I JIS HU YU Z HUANGBE I V o.l 29,N o .5
O ct .,2008
收稿日期:2008-03-12
作者简介:李 峰(1973-),男,汉,工程师,本科,主要从事化学热处理的工艺及技术研究工作。
联系电话:138********;E-m ai:l li feng19730531@163.co m
#工 艺#
炉压对气体渗氮过程的影响
李 峰
(中国第一重型机械集团公司,黑龙江齐齐哈尔161042)
摘 要:通过多年的生产实践,分析、归纳、总结出合适的气体渗氮工艺,指出影响其效果的四要素,即温度、时间、氨分解率、炉压。笔者认为,在温度和氨分解率一定的情况下炉压是决定气体渗氮成败的关键因素。
关键词:渗氮;氨分解率;炉压
中图分类号: TG156.8+2 文献标识码: A 文章编号:1673-4971(2008)05-0066-02
The E ffect of Furnace Pressure in the Gas N itri di ng Process
LI Feng
(Ch i n a FirstH eavy I ndustries ,Q iqi h arH e ilong jiang ,161041,China)
Abst ract :The n itri d i n g pr ocess have been summ arized after m any years practi c e ,ana l y se and generaliza -ti o n .There are four factors can a ffect the n itri d i n g resu lts ,t h ey are te m perature ,ti m e ,deco mposition rate
of a mm on i a and f u rnace pressure .Am ong the four factors ,the f u rnace pressure is crucia lwhen t h e te m per -ature and deco m position rate o f a mm on ia are fi x ed i n a certa i n l e ve.l K ey w ords :n itri d ati n ;a mm on i a ana l y zing rate ;gas pressure i n furnace
气体渗氮(包括渗氮和氮碳共渗)以其理论浅显易懂、实际操作简单而得以推广应用。渗氮工艺对材料的适用面非常广,一般的钢铁材料均可进行渗氮处理。它能提高工件的表面硬度,提高其耐磨、抗疲劳性能,同时还能抗大气和水的腐蚀。气体渗氮现主要采用井式电炉加热,以氨气作为渗氮介质,其优点是设备维修、维护容易,工艺操作简单易于调整。其氨分解率的测定多采用玻璃制的氨分解率测定仪(有的采用电子氢含量测定仪),这样测定的数据可靠,而电子氢含量测定仪会随着其设备的老化而出现很大的数据偏差。渗氮炉内压强一般采用膜盒压力表测定,也有的用/U 0形管测定。对于渗氮温度、渗氮时间以及氨分解率的影响,很多资料上都有芘不述,这里只阐述给炉压的影响。虽然有的资料上也提到过加压法渗氮,但均未能对炉压的重要
性给以准确的说明,本文将重点说明增加炉压的必要性。
1 原热处理工艺及结果
我公司原渗氮工艺是:510e ,氨分解率18%~40%,时间长短视渗氮层深而定,一般按0.01mm /h 计算,对炉内压强不作具体规定,渗氮阶段结束后罐冷至100e 以下出炉。这样的工艺在实际生产执行时,炉内要求始终保持在正压状态下。结果是:小炉子生产出的产品均合格,包括硬度的均一性以及工件颜色;大炉子在装炉量比较小的情况下均合格,而装炉量大时,靠炉底部位工件的颜色及硬度均可以,但在炉子中、上方的工件颜色比较亮,硬度也严重不均。
第5期李峰:炉压对气体渗氮过程的影响
2原因分析
对于原热处理工艺进行分析,其温度、分解率、时间均无不当,经进一步观察发现,其原因主要与炉压有关:(1)对于小炉子(尺寸:<600mm@1200 mm),由于炉子小,装炉量大小对炉压影响不是很大,渗氮后的效果基本都可以。(2)原工艺无论对小炉子或大炉子(尺寸:<1600mm@2500mm或@ 5000mm),均未有对其炉压作规定,也没有考虑炉子装炉量多少的影响。氨气首先从炉罐底部进入,而混合气体从炉盖处排出。对于大炉子,在装炉量不大时,气体能立即与工件反应。而装炉量很大时,由于炉内压强是微正压,在炉内中、上方的工件均没有时间与气体充分接触,在这种情况下,气体仅是在工件上/路过0,气体分子对工件表面,基本没有产生压力,也没有时间充分渗入,其结果是从下而上工件颜色依次变浅、硬度依次降低、层深依次减小,最终导致工件渗氮不合格。通过硬度、层深等检测,其数据与上述分析完全吻合。
3新工艺制定及实施
基于以上原因及其分析可见,在温度氨分解率等一定的情况下,炉压是决定气体渗氮成败的一个发键因素。生产实践表明,无论大炉子还是小炉子,也无论装炉量多少,只要炉内气体压强保持在一个适当的范围,就能保证气体渗氮效果。
新工艺为:510e,氨分解率18%~40%,时间长短视渗氮层深度而定,一般按0.01mm/h计算,炉内压强始终保持在5kPa左右(炉内压强用膜盒压力表测定),渗氮结束后罐冷至100e以下出炉。
经此工艺处理后,工件颜色均匀、硬度均匀、层深均匀。从未出现过返修品,从而证明了该工艺的正确性。
4工艺的推广
控制其温度、炉压、分解率、时间的气体渗氮工艺,对于气体氮碳共渗也同样适用。实践证明,该工艺推广到<3500mm的炉子上,效果也非常好。采用这样的工艺,还可以省去<3500mm炉子炉盖上的风机。氮碳共渗时,通过控制其温度、时间、炉压,极其理想的效果,其炉内压强一般在12kPa左右。
5结语
通过在生产中的探索发现,在温度氨分解率等一定的情况下炉压是决定气体渗氮成败的关键因素。气体渗氮时,温度、时间很好控制,关键在于氨分解率和炉压,要在保证炉压的基础上,控制好分解率。在氨通量不变的情况下,提高炉压,分解率随之上升,因此要加大氨通量才能保证分解率,最终达到同时满足炉压和分解率的动平衡。
参考文献
[1]康大韬,叶国斌.大型锻件材料及热处理.龙门书局,
1998.
[2]攀东黎,王广生.热处理手册.北京;机械工业出版社,
2001.
(上接第50页)
所提高,也大大改善了劳动环境。在节能降耗方面效果也很明显,平均每月节约用电4000多度(节约了近三分之一,改造前后用电量见表2和图1)。其次,年更换炉体由原来的2到3台变为1台。
参考文献
[1]樊东黎,徐跃明,佟晓辉.热处理技术手册[M].北京:
机械工业出版社,2006:245.
[2]李泉华.热处理技术400问解析[M].北京:机械工业
出版社,2005:41.
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