專利名稱：預(yù)抽真空氮基氣氛保護(hù)下無內(nèi)氧化的滲碳方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的一種滲碳方法，特別是一種預(yù)抽真空氮基氣氛保護(hù)下無內(nèi)氧化的滲碳方法，屬于金屬材料熱處理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
為提高化學(xué)熱處理質(zhì)量，減少滲碳內(nèi)氧化等缺陷，通常采用低壓滲碳方法。低壓滲碳是在氣體滲碳和真空淬火技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型滲碳技術(shù)，將工件置于真空環(huán)境下加熱，通入一定壓力的碳?xì)浠衔镞M(jìn)行滲碳，在高溫金屬表面催化作用下碳?xì)浠衔锓纸鉃橛坞x態(tài)的碳和氫，高濃度的碳被高溫的工件表面吸附，從而達(dá)到無內(nèi)氧化的滲碳目的。該技術(shù)的缺點是1)真空環(huán)境下碳濃度目前無法檢測和控制；2)無法利用現(xiàn)有的井式滲碳爐和箱式多用爐，設(shè)備的前期投入很大。而常規(guī)氣體滲碳是將一定比例的載氣(如氮氣或甲醇)和富化氣(煤油或丙酮等)通入爐膛內(nèi)實現(xiàn)滲碳，該技術(shù)的缺點是工件內(nèi)氧化比較嚴(yán)重。為了提高工件質(zhì)量，降低成本、減少對環(huán)境的污染，國內(nèi)外研究者正嘗試采用不同的氮基氣氛下進(jìn)行滲碳。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，吳光治的《氮基氣氛熱處理的進(jìn)展》，國外金屬熱處理，1999(6)，介紹了采用N2+C3H8、N2+CH4+CO2等進(jìn)行保護(hù)滲碳。用N2+C3H8進(jìn)行保護(hù)滲碳容易產(chǎn)生碳黑；用N2+CH4+CO2進(jìn)行保護(hù)滲碳其速度慢，且有內(nèi)氧化發(fā)生。這些因素制約了上述技術(shù)在工業(yè)中的推廣與應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對低壓滲碳和現(xiàn)有的氮基氣氛下進(jìn)行滲碳兩種方法各自的不足和缺陷，提出了一種預(yù)抽真空氮基氣氛保護(hù)下無內(nèi)氧化的滲碳方法，對兩種方法的優(yōu)點進(jìn)行揉合，使之既能實現(xiàn)無內(nèi)氧化滲碳，又能降低成本，同時還具有安全性好、環(huán)保等優(yōu)點。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，通過向設(shè)有爐內(nèi)循環(huán)風(fēng)機(jī)的熱處理爐進(jìn)行預(yù)抽真空至10-100Pa，通入高純度氮氣，再將爐溫升至900-1050℃，保溫后再通入乙炔氣進(jìn)行滲碳。熱處理爐中，在爐內(nèi)循環(huán)風(fēng)機(jī)的驅(qū)動下以高純氮氣為載氣、乙炔為富化氣的混合氣體在爐內(nèi)流動，在溫度為900-1050℃的工件表面的催化作用下乙炔分解出游離態(tài)的碳原子，碳原子被工件表面吸附來進(jìn)行滲碳。爐膛內(nèi)氮氣的壓力為1×105-1.1×105Pa之間，充入的乙炔分壓為5000-20000Pa之間，氮氣、乙炔的壓力可根據(jù)爐膛壓力表反饋回來的信號通過進(jìn)、排氣流量計進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)。其中，氮氣的純度大于99.9％。
本發(fā)明通過控制滲碳溫度、滲碳時間和爐膛內(nèi)乙炔分壓等參數(shù)，實現(xiàn)滲碳層碳濃度分布、滲碳速度和滲碳層深度的控制。首先通過實驗確定在不同的滲碳溫度和不同的滲碳時間下乙炔分壓和表面碳濃度的關(guān)系、乙炔分壓和滲碳層深度的關(guān)系、乙炔分壓和滲碳速度的關(guān)系。再利用這3個關(guān)系可以計算出工件能獲得預(yù)期的滲碳層深度和表面碳濃度所需要的乙炔分壓。該方法克服了低壓滲碳爐的高成本和常規(guī)滲碳無法避免內(nèi)氧化的缺點，從而實現(xiàn)工件無內(nèi)氧化滲碳的目的。
本發(fā)明與低壓滲碳和常規(guī)氣體滲碳相比有以下特點1)通過對熱處理爐進(jìn)行預(yù)抽真空，再通入氮氣和乙炔，避免了工件在加熱和滲碳時的內(nèi)氧化，克服了常規(guī)氣體滲碳發(fā)生內(nèi)氧化的缺陷；2)通過對通入乙炔分壓的調(diào)節(jié)能夠有效的控制了滲碳層深度和滲碳過程中工件表面碳黑的產(chǎn)生；3)在爐內(nèi)循環(huán)風(fēng)機(jī)的作用下氮氣和乙炔的混合氣體在爐內(nèi)均勻運(yùn)動，使工件表面能均勻滲碳，克服了常規(guī)氣體滲碳不均的缺點；4)可以在箱式多用爐或井式滲碳爐中實現(xiàn)無內(nèi)氧化滲碳，大大的降低了技術(shù)改造的成本。
具體實施例方式
結(jié)合本發(fā)明方法的內(nèi)容提供以下實施例實施例1首先將工件放入井式滲碳爐中，進(jìn)行預(yù)抽真空，當(dāng)爐壓到達(dá)100Pa時，再向爐內(nèi)充純度為99.9％-99.9999％氮氣，調(diào)整壓力為1.02×105Pa，開啟加熱器，同時啟動爐內(nèi)循環(huán)風(fēng)機(jī)，爐內(nèi)循環(huán)風(fēng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度為1000rpm，當(dāng)溫度升至980℃后向爐膛內(nèi)充入乙炔，分壓為10000Pa，同時將爐內(nèi)循環(huán)風(fēng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度調(diào)整為500rpm，60min后將工件油淬。本實例滲碳層比較均勻，滲層無內(nèi)氧化。
實施例2
首先將工件放入箱式多用爐中，進(jìn)行預(yù)抽真空，當(dāng)爐壓到10Pa時，再向爐內(nèi)充純度為99.9％-99.9999％氮氣，調(diào)整壓力為1.1×105Pa，開啟加熱器，同時啟動爐內(nèi)循環(huán)風(fēng)機(jī)，爐內(nèi)循環(huán)風(fēng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度為1400rpm，當(dāng)溫度升至1000℃后向爐膛內(nèi)充入乙炔，分壓為20000Pa，同時將爐內(nèi)循環(huán)風(fēng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度調(diào)整為700rpm，60min后將工件轉(zhuǎn)移到冷卻室淬火。本實例滲碳層比較均勻，表面沒有碳黑，滲層無內(nèi)氧化。
實施例3首先將工件放入井式滲碳爐中，先進(jìn)行預(yù)抽真空，當(dāng)爐壓到10Pa時，再向爐內(nèi)充純度為99.9％-99.9999％氮氣，調(diào)整壓力為1.04×105Pa，開啟加熱器，同時啟動爐內(nèi)循環(huán)風(fēng)機(jī)，爐內(nèi)循環(huán)風(fēng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度為700rpm，當(dāng)溫度升至1050℃后向爐膛內(nèi)充入乙炔，分壓為20000Pa，同時將爐內(nèi)循環(huán)風(fēng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度調(diào)整為500rpm，120min后將工件轉(zhuǎn)移到冷卻室進(jìn)行氣冷。本實例滲碳層比較均勻，滲層無內(nèi)氧化。
權(quán)利要求
1.一種預(yù)抽真空氮基氣氛保護(hù)下無內(nèi)氧化的滲碳方法，其特征是，通過向設(shè)有爐內(nèi)循環(huán)風(fēng)機(jī)的熱處理爐進(jìn)行預(yù)抽真空至10-100Pa，通入氮氣，再將爐溫升至900-1050℃，保溫后再通入乙炔氣進(jìn)行滲碳，爐膛內(nèi)氮氣的壓力為1×105-1.1×105Pa之間，充入的乙炔分壓為5000-20000Pa之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)抽真空氮基氣氛保護(hù)下無內(nèi)氧化的滲碳方法，特征是，熱處理爐中，在爐內(nèi)循環(huán)風(fēng)機(jī)的驅(qū)動下以氮氣為載氣、乙炔為富化氣的混合氣體在爐內(nèi)流動，在溫度為900-1050℃的工件表面的催化作用下乙炔分解出游離態(tài)的碳原子，碳原子被工件表面吸附來進(jìn)行滲碳。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的預(yù)抽真空氮基氣氛保護(hù)下無內(nèi)氧化的滲碳方法，特征是，氮氣、乙炔的壓力根據(jù)爐膛壓力表反饋回來的信號通過進(jìn)、排氣流量計進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的預(yù)抽真空氮基氣氛保護(hù)下無內(nèi)氧化的滲碳方法，特征是，氮氣的純度大于99.9％。
全文摘要
一種預(yù)抽真空氮基氣氛保護(hù)下無內(nèi)氧化的滲碳方法，屬于金屬材料熱處理領(lǐng)域。本發(fā)明通過向設(shè)有爐內(nèi)循環(huán)風(fēng)機(jī)的熱處理爐進(jìn)行預(yù)抽真空至10－100Pa，通入高純氮氣，再將爐溫升至900－1050℃，保溫后再通入乙炔氣進(jìn)行滲碳，爐膛內(nèi)氮氣的壓力為1×10
文檔編號C23C8/34GK1847444SQ20061002643
公開日2006年10月18日 申請日期2006年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月11日
發(fā)明者左訓(xùn)偉, 陳乃錄, 張偉民, 郝曉偉, 廖波 申請人:上海交通大學(xué)