滴注式气体渗碳碳势控制_王晨

渗碳工艺介绍

渗碳 定义 渗碳是对金属表面处理的一种，采用渗碳的多为低碳钢或低合金钢，具体方法是将工件置入具有活性渗碳介质中,加热到900--950摄氏度的单相奥氏体区,保温足够时间后,使渗碳介质中分解出的活性碳原子渗入钢件表层,从而获得表层高碳,心部仍保持原有成分. 相似的还有低温渗氮处理。这是金属材料常见的一种热处理工艺，它可以使渗过碳的工件表面获得很高的硬度，提高其耐磨程度。 简介 渗碳是指使碳原子渗入到钢表面层的过程。也是使低碳钢的工件具有高碳钢的表面层，再经过淬火和低温回火，使工件的表面层具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持着低碳钢的韧性和塑性。 渗碳工件的材料一般为低碳钢或低碳合金钢(含碳量小于0.25％)。渗碳后﹐钢件表面的化学成分可接近高碳钢。工件渗碳后还要经过淬火﹐以得到高的表面硬度﹑高的耐磨性和疲劳强度﹐并保持心部有低碳钢淬火后的强韧性﹐使工件能承受冲击载荷。渗碳工艺广泛用于飞机﹑汽车和拖拉机等的机械零件﹐如齿轮﹑轴﹑凸轮轴等。 渗碳工艺在中国可以上溯到2000年以前。最早是用固体渗碳介质渗碳。液体和气体渗碳是在20世纪出现并得到广泛应用的。美国在20年代开始采用转筒炉进行气体渗碳。30年代﹐连续式气体渗碳炉开始在工业上应用。60年代高温(960～1100℃)气体渗碳得到发展。至70年代﹐出现了真空渗碳和离子渗碳。 原理渗碳与其他化学热处理一样﹐也包含3个基本过程。 ①分解：渗碳介质的分解产生活性碳原子。 ②吸附：活性碳原子被钢件表面吸收后即溶到表层奥氏体中﹐使奥氏体中含碳量增加。 ③扩散：表面含碳量增加便与心部含碳量出现浓度差﹐表面的碳遂向内部扩散。碳在钢中的扩散速度主要取决于温度﹐同时与工件中被渗元素内外浓度差和钢中合金元素含量有关。 渗碳零件的材料一般选用低碳钢或低碳合金钢(含碳量小於0.25％)。渗碳后必须进行淬火才能充分发挥渗碳的有利作用。工件渗碳淬火后的表层显微组织主要为高硬度的马氏体加上残余奥氏体和少量碳化物﹐心部组织为韧性好的低碳马氏体或含有非马氏体的组织﹐但应避免出现铁素体。一般渗碳层深度范围为0.8～1.2毫米﹐深度渗碳时可达2毫米或更深。表面硬度可达HRC58～63﹐心部硬度为 HRC30～42。渗碳淬火后﹐工件表面产生压缩内应力﹐对提高工件的疲劳强度有利。因此渗碳被广泛用以提高零件强度﹑冲击韧性和耐磨性﹐借以延长零件的使用寿命。 分类 按含碳介质的不同﹐渗碳可分为固体渗碳﹑液体渗碳﹑气体渗碳和碳氮共渗。 渗碳工艺 1、直接淬火低温回火组织及性能特点：不能细化钢的晶粒。工件淬火变形较大，合金钢渗碳件表面残余奥氏体量较多，表面硬度较低 适用范围：操作简单，成本低廉用来处理对变形和承受冲击载荷不大的零件，适用于气体渗碳和液体渗碳工艺。 2 、预冷直接淬火、低温回火，淬火温度800-850℃组织及性能特点：可以减少工件淬火变形，渗层中残余奥氏体量也可稍有降低，表面硬度略有提高，但奥氏体晶粒没有变化。 适用范围：操作简单，工件氧化、脱碳及淬火变形均小，广泛应用于细晶粒钢制造的各种工具。 3、一次加热淬火，低温回火，淬火温度820-850℃或780-810℃组织及性能特点：对心部强度要求较高者，采用820-850℃淬火，心部为低碳M，表面要求硬度高者，采用780-810℃淬火可以细化晶粒。 适用范围：适用于固体渗碳后的碳钢和低合金钢工件、气体、液体渗碳的粗晶粒钢，某些渗碳后不宜直接淬火的工件及渗碳后需机械加工的零件。

可控气氛热处理中碳势的测量与控制的研究

可控气氛热处理中碳势的测量与控制研究 系统地研究了可控气氛在热处理中的碳势，通过对炉气碳势的影响因素、碳势的测量方法、碳势的控制原理与方法的分析与综合，对影响炉气碳势的不利因素进行了剖析。同时针对这些不利因素，对炉气碳势的测量与控制方法进行了研究，提出了目前最佳的渗碳工艺方法，即在整个渗碳过程中对碳势进行台阶式控制的方法。 关键词：可控气氛；热处理；碳势；台阶式控制 中图分类号：TG156.99 文献标识码：Ａ 钢铁零件在一般空气炉中加热，会发生氧化和脱碳。加热时的氧化不仅造成材料的损耗，而且影响零件的表面质量，脱碳使零件的耐磨性、强度，尤其是疲劳强度显著降低，缩短了零件的使用寿命。 可控气氛在热处理中的应用，能有效地防止零件在加热过程中的氧化脱碳，对零件在热处理中的变形和开裂倾向也有所改善，并且在化学热处理中采用可控气氛还可以准确控制表面渗入元素的浓度，提高渗件质量。但是从另一方面，我们也可以对可控气氛进行有效的控制，使炉气的气氛朝着有利于脱碳的方向发展，对低碳钢进行脱碳处理，便可以制得所需的纯铁。可控气氛热处理目前在我国使用尚不普遍，究其原因主要是设备投资高，对碳势的测量和控制仪表质量要求高，有些地方气源供应困难等。以上问题对于一些中小型厂就显得更为突出。因此，对可控气氛碳势的测量与控制就显得尤为重要。 １炉气碳势的定义 碳势是表征含碳气氛在一定温度下改变钢件表面含碳量能力的参数。所谓碳势，是指一定温度和炉气成分条件下，钢在奥氏体状态下与炉气成分间达到平衡时的碳浓度。该量值是气氛的特征，也是钢的特征，而且只有在系统处于平衡状态时才有意义。 ２影响炉气碳势的因素 碳势是气体渗碳、脱碳等工艺过程中需要精确控制的主要参数。炉气的碳势未得到有效控制时，往往造成钢铁组件的渗层表面含碳量或渗层碳浓度达不到工艺要求。 在一定的渗碳温度下，炉气碳势主要取决于炉气的成分及在其高温下相互结合反应的结果。渗碳炉气成分主要有ＣＯ，Ｈ２，Ｎ２和少量的ＣＯ２，Ｈ２Ｏ，Ｏ２以及ＣＨ４和不饱和的碳氢化合物等。其中对钢起渗碳作用的炉气成分主要有ＣＨ４和ＣＯ，炉气中还不可避免地有少量的ＣＯ２，Ｈ２Ｏ和Ｏ２将对钢起氧化脱碳的作用，炉气的各组分在高温下的相互反应是十分复杂的，基本可归纳为以下的方程式： ２ＣＯ?圳［Ｃ］＋ＣＯ２ ＣＯ＋Ｈ２?圳［Ｃ］＋Ｈ２Ｏ ＣＨ４?圳［Ｃ］＋２Ｈ２ ＣＯ＋Ｈ２Ｏ?圳ＣＯ２＋Ｈ２ ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ?圳ＣＯ＋３Ｈ２ ２ＣＯ＋Ｏ２?圳２ＣＯ２ ＣＨ４＋ＣＯ２?圳２ＣＯ＋２Ｈ２ 炉气碳势（Ｃｐ）是除Ｎ２以外炉气各成分在一定的渗碳温度下经化学平衡反应后对钢体表面渗碳能力的参数。炉气中的Ｈ２Ｏ，ＣＯ２和Ｏ２含量虽很少，但是这些气体微量的变化也会影响炉气的碳势。根据理论分析和大量的实验，在一定的前提条件下分别建立了这些气体含量与炉气碳势之间的关系。即Ｃｐ＝ｆ（Ｈ２Ｏ％），Ｃｐ＝ｆ（Ｏ２％），Ｃｐ＝ｆ（ＣＯ２％），为炉气碳势（Ｃｐ）的测量与控制奠定了基穿 炉气碳势（Ｃｐ）是以低碳钢箔渗碳后达到平衡碳浓度来表示的。在相同的炉气碳势渗 碳时，当钢中含有碳化物形成元素如Ｃｒ，Ｍｏ，Ｍｎ等，则钢渗碳表面的碳浓度高于炉气

机械加工常见热处理工艺

渗碳 渗碳热处理 渗碳：是对金属表面处理的一种，采用渗碳的多为低碳钢或低合金钢，具体方法是将工件置入具有活性渗碳介质中，加热到900--950摄氏度的单相奥氏体区，保温足够时间后，使渗碳介质中分解出的活性碳原子渗入钢件表层，从而获得表层高碳，心部仍保持原有成分。相似的还有低温渗氮处理。这是金属材料常见的一种热处理工艺，它可以使渗过碳的工件表面获得很高的硬度，提高其耐磨程度。 概述 渗碳（carburizing/carburization）是指使碳原子渗入到钢表面层的过程。 也是使低碳钢的工件具有高碳钢的表面层，再经过淬火和低温回火，使工件的表面层具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持着低碳钢的韧性和塑性。 渗碳工件的材料一般为低碳钢或低碳合金钢(含碳量小于0.25%)。渗碳后﹐钢件表面的化学成分可接近高碳钢。工件渗碳后还要经过淬火﹐以得到高的表面硬度﹑高的耐磨性和疲劳强度﹐并保持心部有低碳钢淬火后的强韧性﹐使工件能承受冲击载荷。渗碳工艺广泛用于飞机﹑汽车和拖拉机等的机械零件﹐如齿轮﹑轴﹑凸轮轴等。 渗碳工艺在中国可以上溯到2000年以前。最早是用固体渗碳介质渗碳。液体和气体渗碳是在20世纪出现并得到广泛应用的。美国在20年代开始采用转筒炉进行气体渗碳。30年代﹐连续式气体渗碳炉开始在工业上应用。60年代高温(960～1100℃)气体渗碳得到发展。至70年代﹐出现了真空渗碳和离子渗碳。 分类 按含碳介质的不同﹐渗碳可分为气体渗碳、固体渗碳﹑液体渗碳﹑和碳氮共渗（氰化）。 气体渗碳是将工件装入密闭的渗碳炉内，通入气体渗剂（甲烷、乙烷等）或液体渗剂（煤油或苯、酒精、丙酮等），在高温下分解出活性碳原子，渗入工件表面，以获得高碳表面层的一种渗碳操作工艺。 固体渗碳是将工件和固体渗碳剂（木炭加促进剂组成）一起装在密闭的渗碳箱中，将箱放入加热炉中加热到渗碳温度，并保温一定时间，使活性碳原子渗人工件表面的一种最早的渗碳方法。 液体渗碳是利用液体介质进行渗碳，常用的液体渗碳介质有：碳化硅，“603”渗碳剂等。 碳氮共渗（氰化）又分为气体碳氮共渗、液体碳氮共渗、固体碳氮共渗。 原理 渗碳与其他化学热处理一样﹐也包含3个基本过程。

井式渗碳炉网络版

大型井式渗碳炉的技术特点 众网友原创 对高档井式渗碳炉、氮化炉来说，国外品牌有：德国德固萨，德国IVA，奥地利AICHELIN,美国索菲斯。国内品牌有：无锡天龙、北京建通、西安民生、北京机电所。这些厂家最大的差距还是在控制部分。 现俺们将在论坛里的资料整理汇总一下。（未注明出处，请各位大侠见谅） 大型井式渗碳炉炉型集中了各种先进技术，采用低蓄热隔热材料，合理的结构设计防止热变形，可以严格按照设定的温度曲线进行热处理工艺。根据客户要求该设备还可安装间接冷却装置。 供货范围包括各种附加装置，如供气控制系统，淬火槽（油，水，盐）及清洗设备。控制系统配备可编程控制器，可灵活编制热处理工艺程序。 设计加热炉时应用计算机模拟技术对不同设计方案进行研究。通过对加热炉的温度场的模拟，可以讨论不同设计方案对温度均匀性和节能的效果，有助于发现设计上不合理的地方。 1、炉盖： 炉面板采用多道循环水冷套做加强筋，并采用等强度设计，类似“机翼”，充分留出膨胀空间，有效解决炉面板变形。还可以在保证气氛均匀到前提下，尽量减少风机等重量，减轻炉盖面板厚度。 采用计算机模拟技术分别是对大型井式渗碳炉的炉盖包裹隔热层和无隔热层设计的炉顶部分的温度场模拟。结果显示，有隔热层炉盖顶部温度均匀且温度低，这将减少散热；炉盖底部温度较均匀且较高，显然有利于炉内温度场的均匀性。而未包裹隔热层设计，炉盖顶部温度均匀性不好，且局部温度很高，这势必增加对外散热；底部温度不均匀，也会导致增加炉内温度场的不均匀性。由此在设计时，应选用炉盖绝热包技术，绝热包采用硅酸铝纤维折叠块材料整体成形，考虑到非金属材料对气氛的影响，在选择材料时尽可能选择高纯硅酸铝纤维材料，从而解决了保温包变形难题。 炉盖其封密法兰为水冷式结构；并在炉盖上装有升降用导向装置，自动式炉盖升降和平移或旋转结构。 2、窜动式导风罩 炉盖下面设有导风罩，导风罩上有导风板，导流筒上也设有导风板，且与炉底座上的导风板形成炉内气氛的循环系统，使炉气在导流筒，马弗罐之间形成定向流动，增强对流换热，使炉内渗碳气氛均匀性达到±0.05c%范围之内，同时使炉温均匀性达到±5 ℃范围内。 根据技术调研，大型井式气体渗碳炉离心风机下面的导风罩尽管有许多吊杆悬挂，但是3～4 米的大直径挡风盖在长期920～ 940℃的情况下，挡风盖在自重下发生高温蠕变，即使是进口的炉子，其挡风盖也可能呈现出雨伞状的波浪形变形，这种变形与导风桶之间产生了圆周分布的圆弧状间隙，从而导致了在导风桶内的炉气被导风桶外的气流负压吸出，这一部分炉气因得不到富碳气氛的补充而发生了气氛的不均匀性，这种炉气不均匀状况是不能忽视的。根据这样的状况，在挡风板外圆上加了竖筋结构，并在吊杆与挡风盖之间做成能上下窜

温度碳势控制系统常见问题及工艺调试

碳势--温度控制系统常见问题及解决办法 一．氧探头 原理：氧化鋯在高温环境下，处于两种含氧量不同的气氛中时会产生电势差即氧势， 利用氧化鋯这种特性，可将此电信号引致仪表，进行计算，所以氧探头分气路与电路两大部分。 气路部分：请首先确认参比气是否正常，参比气调至100ml/min，将参比气管子放入清水中，应有气泡冒出。 1 .气路不畅： 氧势长时间在1000mv以下，甚至只有一、二百毫伏。用嘴吹一下参比气嘴子，应有一定阻力。但应比较通畅，吹时不费很大力。如吹不动，可用细铁丝疏通参比气嘴或重装探头。 2 . 漏气 （1）微漏：氧势比较稳定，但比正常值低，调节参比气时有较大波动。关断参比气时下降较快。重新装配氧探头，使瓷管与锆球良好密封。 （2）大漏：氧势只有一、二百毫伏，而且参比气嘴子有炉气冒出，用明火能够点着。如摇晃探头有哗啦声时，瓷管已断裂。同时再检查基座内部密封胶圈是否完好。更换已损坏部件。 电路部分： 氧化锆球产生电势差后，由氧探头的正负极连接，经插头连接电线传至仪表。用碳控仪自带的内阻测量功能，对氧探头及连线和氧化锆球的使用情况进行测量。 如果内阻在短期内大幅线性上升，则氧化锆球使用寿命将尽。如果内阻大于4k Ω，则氧探头及连线有问题。 二、氧探头常见故障 1、氧势上不去(或是上的比较慢，需一、两个小时)：由于排气不够充分，造成 里面气氛不好。 解决办法：充分排气，打开排气孔，等氧势有上升趋势后再关孔。 2、氧势显示为零：内外电极装反了。 解决办法：在端子排上将Y+、Y-换位接好，再看是否有显示。 3、氧势不稳定来回跳动：看看机座内电极连线是否松动，或是有干扰（一般来自于风机漏电）。 解决办法：把氧探头的黄色机座拧下，把内电极连线的螺丝拧紧，再拧上黄色机座；若是来自于风机漏电的干扰，可在风机外壳上接一地线。 4、氧势在800mv以下：有可能是氧探头轻微漏气， 解决办法：先判断是否轻微漏气，可把参比气从200ml调到50ml,看氧势是否降落很多，大约100mv/min以内说明不漏气，若大于100mv/min说明漏气了，可与厂家联系，不宜再用。 三、碳控仪常见故障排除及维护： 1、主控阀和辅控阀同时不打开：造成的原因有可能是主、辅控共用的零线脱落，在端子排部分或在电磁阀接线处； 2﹑温度显示HHHH：表示断偶或未接入信号； 3、在800度以上炉气碳势正常时氧电势输出很低，在几十到100mv之间：无参比气进入氧探头内，处理办法是清理气路应检查气路或气泵或氧探头内部气

渗碳过程的数值模拟

渗碳过程中表层碳含量的预测与验证 摘要 渗碳是机械制造业中应用最广泛的一种化学热处理工艺，采用渗碳的多为低碳钢或低合金钢，具体方法是将工件置入具有活性渗碳介质中，加热并保温使渗碳介质中分解出的活性碳原子渗入钢件表层，从而获得表层高碳，心部仍保持原有成分。它可以使渗过碳的工件表面获得很高的硬度，提高其耐磨程度。 为了了解工件渗碳后的碳浓度分布情况，本设计根据渗碳过程的基本理论和数学模型，通过MATLAB软件编写渗碳过程各种不同边界条件的解析解以及一维数值解的程序，并对不同渗碳时间，渗碳温度以及不同渗碳碳势下的渗碳过程进行模拟，得到渗碳后的碳浓度分布情况。通过计算模拟得到的结果，可以得到不同渗碳工艺条件对渗碳层的组织和性能的影响，进而优化工艺参数。通过合理的控制渗碳时间，渗碳温度和渗碳碳势，我们可以得到渗碳后工件预期的碳浓度分布。在本文中，渗碳时间的延长，渗碳温度的提高以及渗碳碳势的增加都可以增加渗碳层的深度和碳浓度。同时通过计算模拟的出的碳浓度分布与实测的碳浓度分布做比较之后，计算模拟得到的结果和实测值比较符合. 关键词：渗碳；模拟；MATLAB；解析解；数值解

Abstract Carburizing is one of the most widely used chemical heat treatment in mechanical industry, which is mostly applied to low-carbon steel and low alloy steel.In the specific method, the workpiece is placed in an active carburizing medium,heated and keeping one holding time, which could make the active carbon atoms decomposed from carburizing medium diffuse into the surface of the workpiece, and then the affected area can vary in carbon content.it can make the surface of the workpiece obtain a high hardness and improve its abrasion. In order to find out the carbon concentration distribution of the workpiece after carburizing ,this article is based on the basic theory and mathematical model of the carburizing, using MATLAB to write a program of analytical solution and numerical solution of one-dimensional for various boundary conditions during the carburizing process, as well as calculating and simulating the carburizing process at different carburizing time, carburizing temperature and carburizing carbon potential, finally we obtain the distribution of the carbon concentration after the carburizing. Through the final result, we can get the different affects to the structure property of the carburized layer, and then optimize the process parameters. By mean of controlling the carburizing time, carburizing temperature and carburizing carbon potential, the expected Carbon concentration distribution could be gotten. In this text,longer carburizing times, higher temperatures and higher carbon potential lead to greater carbon diffusion into the part as well as increased depth of carbon diffusion. In addition, the results of calculating and simulating are compared to the measured value, the carbon concentration distribution of the workpiece of the results agrees well with the measured value. Key words: Carburizing, Simulate, MATLAB, Analytical solution, Numerical solution

金属材料渗碳淬火工艺综述

金属材料渗碳淬火工艺综述 摘要：渗碳与淬火在金属材料热处理中占有很重要的地位，渗碳是目前机械制造工业中应用最广泛的一种化学热处理方法，能提高材料的耐磨性和疲劳强度；淬火是热处理工艺中最重要，也用途最广泛的工序，能显著提高金属材料的强度和硬度。 关键词：渗碳，淬火，耐磨性，强度，硬度 1、渗碳工艺 1.1、渗碳原理 将低碳钢件放入渗碳介质中，在850～950℃加热保温，使活性碳原子渗入钢件表面并获得高渗碳层的工艺方法叫做渗碳。齿轮、凸轮、轴类等许多重要机械零件还有模具经过渗碳及随后的淬火并低温回火后，可以获得很高的表面硬度、耐磨性以及高的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度，而心部仍保持低碳，具有良好的塑性和韧性，因此处理后的材料既能承受磨损和较高的表面接触应力及冲击负荷的作用。 渗碳属于化学热处理，过程由分解、吸附和扩散三个基本过程组成，发生的化学反应如下： 2CO→［C］＋CO2 Fe＋［C］→FeC CH4→［C］＋2H2 1.2、渗碳分类 根据渗碳剂的不同，渗碳方法有固体渗碳、气体渗碳和离子渗碳。常用的是前两种，尤其是气体渗碳应用最为广泛。 固体渗碳是将低碳件放入装满固体渗碳剂的渗碳箱中，密封后送入炉中加热至渗碳温度保温，以便活性碳原子渗入工件表层。固体渗碳剂由一定颗粒度的木炭加碳酸盐混合而成。渗碳温度一般为900～930℃，渗碳保温时间视层深要求确定，一般需要十几个小时。固体渗碳加热时间长，生产效率低，劳动条件差，渗碳深度及质量不易控制。 气体渗碳是把零件放入含有气体渗碳介质的密封高温炉中进行碳的渗入过程的渗碳方法。这种渗碳方法通常是将煤油或丙酮等液态碳氢化合物直接滴入高温渗碳炉中，使其热裂分解为活性碳原子并渗入零件表面。气体渗碳温度一般为920～950℃。气体渗碳工艺过程通常可划分为升温排气、渗碳(包括强渗和扩散)、降温冷却三个阶段，如图1所示：

连续式热处理炉操作标准说明书

标 题: 连续式热处理炉操作标准说明书 第3次修订 、型号：5S 6S 二、厂牌：三永电热机械股份有限公司 三、机械规格与特性: SY-805-6 主炉规格 10m X 1.8m 、lOmX 1.6m , SY-809-6 10m x 1.7m （调质 炉）、10n X 1.4m （渗碳炉）。 五、使用前应注意事项: （一）:检查各瓦斯压力是否足够。 （二）:检查冷却水是否足够。 （三）:各轴承部位应加注黄油。 （四）：检查淬火油及回火油是否足够。 （五）:检查各经路是否正常。 六、开炉步骤: （一）、主炉部分: 、将冷却水总开关打开调整设定水量，检视各冷却水是否畅通。 、启动输送传动马达，调整输送网位置。 、启动主炉电热开关升温至400C 保持续2小时，升至600r /2保持2小时, 升至800r 保持2小时。 （二）:特性: 连续式。 四、诸元介绍: （详细参阅附件WEM701 股份有限公司 05.12.06 05.12.05 05.12.04 （一）:规格: 、启动一、 三、四号搅拌器风扇。

第3次修订 （二）、碳势控制系统: 1、打开碳势控制系统电源，设定碳势。 2、主炉温度达800r后，方可打开甲醇开关，调整甲醇流量。 3、将排气口打开点燃30分至1小时。 4、等炉内火焰烧至入口时，方可打开瓦斯开关。 5、先手动调节瓦斯流量，再调整伺服马达，使其置于自动控制状态。 6等碳势显示达所需标准且稳定后方可入料操作生产。 （三）、淬火油槽: 1、打开淬火油槽循环油开关。 2、启动输送带开关。 （四）、洗净 槽: 1、打开洗净槽循环泵浦。 2、打开喷射管开关。 3、启动输送带开关。 （五）、回火炉部分: 1、启动回火炉电热开关，将温度升至所需温度（具体温度依所生产之产品而定） 2、启动输送网传动马达。 3、启动1、2、3、4号搅拌器。 4、打开冷却水开关。 （六）、回火油槽: 1、启动回火油槽循环泵。 2、启动输送马达。

热处理炉内气氛控制

热处理炉内气氛控制

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南京工程学院教案【教学单元首页】 第17-18 次课授课学时 4 教案完成时间：2013.2 章、节第九章热处理炉内气氛及控制；§9.1热处理炉内气氛种类；§9.2可控气氛的制备；§9.3碳势和氧势的测量与控制；§9.3碳势和氧势的测量与控制； 主要内容热处理炉内气氛种类 可控气氛的制备 可控气氛加热的基本原理碳势和氧势测量技术 碳势和氧势测量技术 压力与流量的测量 目的与要求目的：了解热处理炉内气氛的特、性质、制备原理及用途、常见碳势的测量技术等，为合理选择和使用炉内气氛及碳势设备奠定必要的理论基础。 要求：了解常见碳势、氧势、压力、流量测量技术与原理以及吸、放热型气氛制备原理与流程，掌握常见炉内气氛性质、特点和用途、碳势和氧势等概念。 重点与难点重点：炉内气氛种类、性质及应用；碳势、氧势、氧化脱碳机理。 难点：吸、放热型气氛制备装置构成及流程；碳势测量技术测试原理。 教 学 方 法 与 手 段 板书与多媒体教学结合。

第九章热处理炉内气氛及控制 研究炉内气氛目的：1）防止工件加热过程氧化、脱碳；2）对工件进行化学热处理。 §9.1热处理炉内气氛种类（P124-129） 热处理炉内气氛即炉内气体介质，主要有空气、真空和可控气氛等。可控气氛指成分和性质可适当控制的气体，包括反应生成气氛、分解气氛和单元素气氛，在热处理炉生产中常用可控气氛包括吸热式气氛、放热式气氛、氨分解气氛、滴注式气氛、氮基气氛和氢气等。P124什么是可控气氛？ 一.吸热式气氛 定义：燃料气与少于或等于理论空气需要量一半的空气在高温及催化剂作用下，发生不完全燃烧生成的气氛。因反应产生的热量不足以补偿系统的吸热和散热（即不能维持反应温度），须借助外部热量维持反应的进行，故称为吸热式气氛。 成分：吸热式气氛主要成分是H2、CO和N2，还有少量的CO2和CH4。 用途：1）吸热式气氛碳势约0.4%，对低碳钢是还原性和渗碳性气氛。2）吸热式气氛主要用于渗碳载气、中高碳钢加热时的保护气氛（光亮淬火），但不宜作为高铬钢和高强度钢的保护气氛，因为碳与铬反应生成碳化物会使高铬钢贫铬；气氛中的氢易导致高强度钢氢脆。3） 吸热式气氛经过再处理除去CO和CO 2后获得的以H 2 和N 2 为主的气氛可用于不锈钢和硅钢光亮 加热保护气氛。（见P124表10-2） 二.放热型气氛 定义：原料气与理论空气需要量一半以上的空气不完全燃烧的产物。因反应放出的热量足以维持反应进行而不需外加热源，故称为放热型气氛。 成分：放热型气氛主要成份是N 2、CO、CO 2 。为提高气氛还原性，常再进行净化处理，以 除去其中氧化性成分CO 2和H 2 O。 通过改变空气和燃料气比以及净化处理，可在较宽范围内改变气氛成分和性质，一般又把这类气氛分为淡型（混合气中加入较多空气）、浓型（混合气中加入较少空气）和净化型（净化处理的放热式气氛）三种。 气氛性质：视气氛成分、工件含碳量和工作温度而定。可能是还原型和增碳性的，也可能是氧化型和脱碳性的。 用途：1）浓型放热式气氛是还原性、弱脱碳性气氛，常用于低、中碳钢光亮淬火保护气氛；2）淡型放热式气氛是为微氧化性和脱碳性气氛，常用于低碳钢和铜光洁加热保护气氛；3）净化型放热式气氛由于气氛中氧化性、脱碳性成分CO 2 被去除，主成分由氮气和一定量的CO和H2组成，属于还原性气氛，可用于中高碳钢光亮加热保护气氛；4）净化型气氛再加少量富渗碳气，可用作高碳钢保护气氛和化学热处理介质。 三.氨分解气氛及氨燃烧气氛 分类：分加热分解气氛（吸热式）和燃烧气氛（放热式）两类。燃烧气氛又分完全燃烧和不完全燃烧气氛两种。 制备原理：将无水氨加热到800-900℃，在催化剂作用下，分解成氢气+氮气的气氛。 氨分解气氛（75%H2+25%N2）特点和应用：具有强还原性和弱脱碳性，常用于不锈钢、硅钢、铜和高铬钢光亮加热保护气氛。 完全燃烧气氛组成和应用：主要由氮气（99%）和少量氢气（1%）组成，属于中性气氛，可用于铜和碳钢光洁加热保护气氛。 氨不完全燃烧气氛组成和应用：主要由氮气（76%）和氢气（24%）组成，具有还原性和

气体渗碳炉作业指导书

气体渗碳炉作业指导书 Q/SZ J08.141 1 目的 为贯彻公司职业健康安全方针、环境方针，有效的进行安全生产并控制污染物的产生和排放，保护环境，特制定本作业指导书。 2 适用范围 本指导书适用于热处理厂540kw及105kw渗碳炉的操作。 3 总则 3.1 操作者必须经过专门培训、经过考试合格取得上岗证后，才能操作设备。 3.2 经过医生检查，确定无防碍工作疾病后才能工作。 3.3 工作时按规定穿戴劳动用品。 3.4 渗碳炉的尾气中含有一氧化碳，必须随时点燃、防止污染。 3.5 在渗剂室及滴注管路2m以内严禁动火、防止火灾。 3.6 渗碳炉的冷却用水保持清洁，严禁废物排入下水管路中。 4 操作规程 4.1 大型井式气体渗碳炉操作规程 4.1.1 性能简介 大型井式气体渗碳炉额定功率540KW，配有6区自动控温系统，及多功能淬火油槽，在结构上采用无底马弗罐油封方式，炉门采用开式水冷密封方式。炉门开启方式为液压控制。为适应工艺要求，有快速降温系统。因此要求操作者必须在熟悉设备性能的基础上，经岗位培训，考试合格后方能操作设备，并严格执行此操作规程。 4.1.2 开炉前准备工作 4.1.2.1 开炉前检查冷却水路是否畅通，有无泄露现象，发现问题及时处理。 4.1.2.2 认真检查底部油封汽缸油油标是否到规定位置，如有不足及时补充油。检查有无漏油现象（油液面在油标的两个刻度线内视为合格）。 4.1.2.3 认真检查炉盖密封圈是否完好，如有损坏及时更换。 4.1.2.4快速冷却鼓风机阀门，在开炉前应处于“0”位置，处于关闭状态。出风口盖应盖严。 4.1.2.5 检查炉丝对地绝缘电阻，应为0.5MΩ以上。 4.1.2.6 检查热电偶是否处于正确位置，油温报警侧温表应设定在120℃位置上，并确定是否灵敏可靠。 4.1.2.7 检查滴注系统是否畅通、有无渗漏现象，出现问题及时处理。 4.1.2.8 炉盖升降系统灵活可靠。 4.1.3 炉子启动 4.1.3.1 开动炉盖：A：当装卸工件需开启炉盖时，先按动油泵“启动”按钮，在炉前有人监护的情况下，并确认压紧手轮脱开、将炉盖热电偶氧碳头等位置提到风扇导流板上后，再按“炉盖升”按钮。当升到位置后，向右搬动900后进行装卸工件。B：当需要关闭炉盖时，在将炉盖搬回，对正马弗罐，炉前操作人员扶正炉盖，指挥操作者按“炉盖降”按钮，炉盖降到位后按油泵“停止”按钮。 注意：当开启炉盖后需要长时间的（5分钟以上）停留保持时，应按“油泵停止”，重新 139

采用O2探头和Lambda探头进行碳势控制的原理和各自优势之比较

采用O2探头和Lambda探头进行碳势控制的原理和各自优势之比 较 点击次数：302 发布时间：2011-2-16 采用O2探头和Lambda探头进行碳势控制的原理和各自优势之比较 前言 气体渗碳在热处理中仍然起着重要作用。气氛的温度和碳势(C-Potential)是工艺控制的最重要的参数。时至今日仍然没有直接测量碳势的方法能够用于在线工艺控制。炉内气氛的氧分压测量是碳势控制最常用的间接方法。氧探头有不同的类型。在这篇文章中我们将着重讨论氧探头构造上的区别以及各自的优点和缺点。 目前，渗碳工艺已为人熟知。除温度以外最重要的参数就是碳势。炉内气氛的碳势即非合金奥氏体的碳含量(以重量百分比表示)，该碳含量与相应气氛保持均衡。比如气氛碳势为0.7%，那么奥氏体的碳含量即为0.7%。如果奥氏体碳含量高于0.7%，那么就应该进行脱碳直至其碳含量降为0.7%，反之，如果奥氏体碳含量低于0.7%，则应该进行渗碳直至其碳含量达到0.7%。另外，温度也是决定特定气氛碳势的重要因素。为了得到工件表面的准确渗碳深度，在热处理工艺中必须对炉内气氛碳势进行测量和控制。(注：此文由德国MESA ELECTRONIC GMBH发表，由深圳市倍拓科技有限公司翻译整理。如需引用，请注明出处。) 碳势间接测量 一般来说，碳势可以直接测量也可以间接测量。但是直接测量方法不适用于碳势连续测量及控制。不过，在必要的时候，可以使用直接测量对间接测量结果进行检测和修正。 下述公式就是碳势间接测量的原理： 这些化学反应既可在炉内气氛中发生，也可在工件表面发生。化学反应之后，CO释放出C，而O2, CO2和 H2O吸收C。如果气氛碳势高于工件表面碳含量，CO将C转移到工件表面，而 O2, CO2和 H2O吸收气氛中的C。如果气氛碳势低于工件表面碳含量，CO将C转移到气氛中，而O2, CO2和 H2O吸收工件中的C。在这两种情况下，这些化学反应都会导致工件表面碳含量和气氛碳势之间的均衡。

真空渗碳技术工艺控制原理

真空渗碳技术工艺控制原理 与传统井式炉气体渗碳工艺不同，真空渗碳时“碳势”的概念失效，不存在气体渗碳时的气氛反应平衡，也就不能使用氧探头等设备测量真空渗碳时的“碳势”。由于真空渗碳热处理设备的精密性、可控性好和工艺重现性好等优点，真空渗碳工艺主要采用强渗—扩散型工艺控制方法，即采用多个强渗—扩散周期，在每一个周期内通过短时间的强渗(通常强渗时间为30s ~ 180s)，工件表层碳浓度达到该渗碳温度下的奥氏体饱和碳浓度，随后停止渗碳气氛供应，进入扩散阶段，当表面碳浓度达到设定的最低碳浓度时，扩散阶段结束，再次通入渗碳气氛，如此进行多个循环，直至达到工艺要求的最终表面碳浓度和渗层深度，最后执行相应的淬火工艺。图1即为真空渗碳过程工件表面碳浓度分布图。 图1真空渗碳过程工件表面碳浓度随时间分布

真空渗碳热处理工艺过程主要分为以下几步： (1)工件清洗、入炉，在真空条件(小于10Pa，基本达到无氧条件)下进行加热，根据工件材质可进行分段加热，可选择通入N2保持一定分压加快真空加热室内热传递速率； (2)达到设定的奥氏体化温度并保温，关闭和抽去N2，充入C2H2，保持一定分压开始进行强渗，进入第一个渗碳周期，强渗一定时间为使工件表面碳浓度达到该温度下奥氏体饱和碳浓度； (3)关闭和抽去C2H2，充入N2，进入扩散阶段，保持一定分压，使工件表面较高碳浓度向工件心部低碳浓度区扩散一定时间，使工件表面碳浓度下降，渗碳层厚度增加； (4)当工件表面碳浓度下降至预先设定的碳浓度，关闭和抽去N2，再充入C2H2，保持分压，进入第二个渗碳周期，然后重复步骤(2)和(3)，并在最后一个渗碳周期时给一个较长时间的扩散，以满足工件最终表面碳浓度的要求。在这样多个渗碳周期内完成碳的扩散并调整工件表面碳浓度，达到工艺要求的渗碳层深度； (5)真空渗碳过程结束后，工件降温至淬火温度并保温一定时间，然后将工件转移至冷室(淬火室)，根据热处理工艺要求进行真空油淬。淬火结束后对工件进行清洗，然后执行回火工艺。

LSX22辐射管式连续式渗碳炉自动生产线

LSX22辐射管式连续式渗碳炉自动生产线 测量控制系统的改进 XX桦炜齿轮XX公司 X桂燕高泊依 一.生产线简介 1.自动生产线的用途 本自动生产线适用于汽车、拖拉机及其他机械零件的渗碳。零件在自动线上可以完成下列热处理工序： （1）前清洗（2）预处理（3）渗碳（4）淬火 （5）后清洗（6）低温回火 2.自动生产线的组成 该自动生产线由：2．1、LSX辐射管加热连续式渗碳自动线由（1）予处理炉；；（2）渗碳炉；（3）滴注系统；（4）淬火机构；（5）后清洗机（6）低温回火炉（7）料盘输送系统（8）前清洗机（9）程序控制屏幕（10）电气控制系统（11）淬火油冷却系统（12）液压系统等部分组成。 3、主要技术规X及技术参数 （1）外型尺寸：16752（长）×8855（宽）×4815（高） （2）占地面积：≌261.62㎡ （3）渗碳炉内料盘数22盘，自动线使用料盘数45盘，料盘尺寸：780×440×50。 （4）自动线允许通过工件高度，直接淬火600㎜； （5）自动线总功率≈761.8KW； （6）生产能力：280～300㎏/h（按层深0.9－1.3㎜算）

（7）零件表面渗碳层深度偏差：±0.1㎜（同盘试样） （8）炉气碳势控制精度±0.05%；零件表面含碳量偏差≤±0.05%。 （9）炉温均匀性：渗碳炉±0.8℃；回火炉±3℃。 （10）渗碳齿轮金相组织，符合ZBT04001－88标准。 （11）表面硬度控制精度HRC±1.5℃(同一盘)；单件为HRC±1。 （12）表面非马氏体组织层深≤0.015mm。 （13）主要消耗： 甲醇：12.61／h 丙酮：2.31/h 冷却水耗量：8.5t/h压缩空气：0.6M3/h 4.渗碳结构见图 主体渗碳炉，炉内分五个区段，一区、二区为加热区，三区为快速渗碳区，四区为扩散区，五区为保温淬火区。 各区之间以双拱墙隔开，以便于碳势分区控制，炉墙内层由轻质抗渗碳砖构成，中间一层由高强度轻质保温砖构成，外层由硅藻土砖、岩棉板、石棉板和耐火纤维组成。所有炉壳钢板均采用连续焊缝焊接，形成一个刚性的气密性结构，具有良好的气密性。侧进料炉门、主炉门与炉门柜保持5度倾斜角，采用炉门自重压封，贴合面用刮研加工。在二区、三区、四区炉顶设有三个风扇。

渗碳淬火热处理工艺

渗碳淬火工艺 1、钢的淬火 钢的淬火与回火是热处理工艺中最重要，也是用途最广泛的工序。淬火可以显著提高钢的强度和硬度。为了消除淬火钢的残余应力，得到不同强度，硬度和韧性配合的性能，需要配以不同温度的回火。所以淬火和回火又是不可分割的、紧密衔接在一起的两种热处理工艺。淬火、回火作为各种机器零件及工、模具的最终热处理是赋予钢件最终性能的关键工序，也是钢件热处理强化的重要手段之一。 1.1 淬火的定义和目的 把钢加热到奥氏体化温度，保温一定时间，然后以大于临界冷却速度进行冷却，这种热处理操作称为淬火。钢件淬火后获得马氏体或下贝氏体组织。图4为渗碳齿轮20CrNi2Mo材料淬火、回火工艺。 温830℃ 度 ℃油 冷200℃ 8 空冷 时间h 图4 渗碳齿轮20CrNi2Mo材料淬火、回火工艺 淬火的目的一般有： 1.1.1 提高工具、渗碳工件和其他高强度耐磨机器零件等的强度、硬度和耐磨性。例如高速工具钢通过淬火回火后，硬度可达63HRC，且具有良好的红硬性。渗碳工件通过淬火回火后，硬度可达58~63HRC。 1.1.2 结构钢通过淬火和高温回火（又称调质）之后获得良好综合力学性能。例如汽车半轴经淬火和高温回火（280~320HB）及外圆中频淬火后，不仅提高了花键耐磨性，而且使汽车半轴承受扭转、弯曲和冲击载荷能力（尤其是疲劳强度和韧性）大为提高。 淬火时，最常用的冷却介质是水、盐水、碱水和油等。通常碳素钢用水冷却，水价廉易得，合金钢用油来冷却，但对要求高硬度的轧辊采用盐水或碱水冷却，辊面经淬火后硬度高而均匀，但对操作要求非常严格，否则容易产生开裂。 1.2 钢的淬透性 2.2.1 淬透性的基本概念 所谓钢材的淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层深度大小的能力（即钢材淬透能力），其大小用钢在一定条件下（顶端淬火法）淬火获得的有效淬硬层深度来表示，淬透性是每种钢材所固有的属性，淬硬层愈深，就表明钢的淬透性愈好,例如45、40Cr 、42CrMo钢三种

渗氮、渗碳工艺

1?前面已经提到了约99%的自攻螺钉采用碳钢，即渗碳钢制造；其中自钻自攻螺钉也可以采用热处理钢制造（实际上生产企业大多采用渗碳钢，目前国内外大多采用C1018，C1022等材料来制造自攻螺钉各类产品 1、普通自攻螺钉的机械性能 （1）ISO2702、GB/T3098.5、DIN267T12 ①表面硬度：≥450HV0.3。 ②芯部硬度：≤ST3.9：270～390HV5，＞ST3.9：270～390HV10。 ③渗碳层深度：。 M2.5 0.04～0.12mm M3: 0.05～0.18mm M4～M5: 0.10～0.25mm M6～M8: 0.15～0.28mm 2、纤维板钉的机械性能 （1）表面硬度：450～750HV0.3。 （2）芯部硬度：2.5mm～4mm: 320～450HV5；4.5mm～6mm: 320～450HV10。 （3）渗碳层深度：2.5mm～3mm：0.05～0.18mm；3.5mm～6mm：0.10～0.23mm。 （4）破坏扭矩：2.5mm：≥1.0Nm 3mm：≥1.5Nm 3.5mm：≥2.0Nm 4mm：≥3.0Nm 4.5mm：≥4.3Nm 5mm：≥6.2Nm 6mm：≥10.8Nm （5）弯折角试验：≥15°。 3、墙板自攻螺钉机械性能 （1）表面硬度：≥560HV0.3。 （2）渗碳层深度： 0.05～0.10mm。 （3）拧入性:拧入转速:2000～3000r/min；轴向总推力：150±3 N；板厚：0.6mm；拧入时间≤1s。 （4）破坏扭矩 3.5（6#）：≥2.8Nm, 4.2(8#)：≥4.2Nm 3.9（7#）：≥3.4Nm, 4.8(10#)：≥6Nm 一?渗碳工艺(气体渗碳——煤油)：? 渗碳钢的碳含量一般在0.12%~0.25%之间，其所含主要合金元素一般是铬、锰、镍、钼、钨、钛等。? ○ 1?把炉温升到800℃左右，断开电源打开炉盖，放入装好工件的工装，关闭炉盖升温到930℃左右。在升温过程中，打开风扇及煤油阀门，以每分钟160滴的速度滴入炉内，进行排气，同时打开试样孔和排气管并点燃排气火焰。排气时间一般为60~80分钟（保证温度到渗碳温度还要排气30分钟左右）；? ○ 在渗碳过程中要随时注意火焰形状，正常的火焰是：火焰呈金黄色，无力不熄灭（断续熄灭，说明水气高了），火苗无黑焰和火星，火苗长100~150mm；若火苗出现火星，说明炉内炭黑过度；火苗过长、尖端外缘呈亮白色，说明渗碳剂供量过多；火苗短、外缘呈浅蓝色并有透明，说明渗碳剂供量不足或炉子漏气。 渗碳工艺曲线说明如下：? 赶气：其目的是赶走炉内空气，使炉内空气恢复到工艺规定的碳势气氛。?保温：其目的是使炉内工件温度均匀。保温时间一般是40min到1h。? 渗碳温度和渗碳时间：渗碳温度一般为

金属表面热处理渗碳工艺对比

金属表面热处理渗碳工艺的对比 一、热处理发展历史 在实用生产技术发展上值得回顾的有：①1890年英国首次公布了制备不可燃气氛发生炉的专利，该气氛用于金属的光亮热处理，德国的A．富利1921年申请了在井式炉中通氨渗氮的专利。②P．P．阿诺索夫在1837年就倡导用气体渗碳法，而经过100年后（1935年）前苏联的利哈乔夫汽车厂才有了第一台用煤油裂解气的罐式连续渗碳炉；直到20世纪50年代才逐步取代了固体渗碳和用氰盐的液体渗碳。③前苏联的G．V．沃罗格金在20世纪40年代逐步把感应加热技术应用到炼钢、锻造加热和表面淬火热处理等领域。④20世纪40年代末出现了用LiCl露点仪的碳势可控渗碳。⑤离子渗氮于20世纪30年代在德国就有了专利，而KlÊ；ckner公司是在20世纪50年代末才开发出商品设备，并推向工业应用。⑥20世纪60年代初瑞士的H．魏斯发明了在井式炉中的CARBOMAAG滴注可控渗碳法。⑦20世纪60年代中期，用吸热式气（载气）、甲烷或丙烷（作富化气）并用CO2红外仪测控炉气碳势的可控渗碳在汽车工业中得到推广。与此同时第一代的冷壁式真空加热油中淬火炉和真空渗碳炉问世。⑧20世纪50年代开发，60年代推广的被称作Tenifer或Tufftride商品名称的盐浴氮碳共渗，使渗氮周期由数十小时缩短到1h～2h，可明显提高传动件的抗疲劳、耐磨性和抗咬合能力；由于处理温度低（＜580℃），工件畸变小，其缺点是所用氰盐剧毒、废盐废水需妥善处理。⑨为避免使用剧毒的氰盐，20世纪60年代后期开发出了NH3＋吸热式气（Nikotrier）和NH3＋CO2（Nitroc）在570℃的井式或箱式炉中施行的气体氮碳共渗法，随后在汽车曲轴、低载齿轮等零件上获得广泛应用。⑩20世纪50年代高分子聚合物溶液开始用做淬火剂。最早使用的此类聚合物是聚乙烯醇（PVA），以0.1%～0.3%的浓度用做感应加热件的喷冷淬火，其冷却能力介于水油之间，不易燃、无污染。20世纪60年代美国联碳公司推出UCON（PAG）系列合成淬火剂，可代替油用于铁和非铁合金的淬火及固溶处理的冷却。随后又有一系列其它类别的合成淬火剂商品问世。⑾高、中、工频以及超音频和超高频、超高频脉冲感应加热表面热处理工艺广泛应用。各种静态固体电路高频、大功率电源相继问世，全自动程控多工位淬火机床和自动装卸料机械手或机器人获得工业应用。?⑿20世纪80年代氧探头逐步代替红外仪用于炉气碳势控制的传感器和计算机仿真自适应控制、无损检测技术、机器人装卸结合，使大批量生产的汽车零件的渗碳、淬火、清洗、回火、质检全过程实现自动化和无人作业。?⒀20世纪90年代，欧洲IpsenInternational、ALD和ECM等公司相继推出低压渗碳、低压离子渗碳和高压气淬的周期炉和半连续生产线，为提高效率、改善质量、减少畸变和保护环境作出了贡献，为汽车工业热处理未来提供了前景。近20年来，热处理新技术的大量涌现，为机器制造业的发展、机械产品质量的提高、热处理企业的技术改造积累了大量的技术储备，为热处理生产技术的进步提供了广阔前景。 二、氨气的作用：提高淬透性 渗碳淬火后的齿轮零件正常的组织应该是马氏体与残余奥氏体，但在实际生产中经常发现在渗碳淬火件的表层出现连续、断续的黑色组织或沿晶界分布的黑色氧化物。普遍的理论认为是由于内氧化使合金元素贫化、淬透性下降导致形成屈氏体类组织，这类组织就被称为非马氏体组织。非马氏体组织深度如果超标严重，反映在力学性能上就是出现零件表面硬度低头的现象，影响硬度梯度。在实际使用中会降低齿轮的耐磨性和疲劳寿命，危害比较严重。尽可能选择含Cr、Mo、V、Mn和Ni等高淬透性的低碳合金钢作为齿轮原材料。对渗碳后的零件采取剧烈的冷却方式(比如强力搅拌)可以有效地减少非马氏体组织，但前提是不能使零件