周期作业渗碳炉稀土可控变碳势渗碳方法

摘要

周期作业渗碳炉稀土可控变碳势渗碳方法，它涉及一种稀土可控变碳势渗碳方法。本发明当升温排气阶段渗碳炉内的温度上升至820℃时，开始向渗碳炉内滴入稀土渗碳剂，使渗碳炉内的碳势Cp从820℃时的0.6％分时段升至关孔时的1.45％，渗碳时间为80～120分钟；强渗阶段I的渗碳时间为2～4小时，碳势Cp从1.45％分时段降至1.25％；强渗阶段II的渗碳时间为4～6小时，碳势Cp从1.25％降至1.1％；扩散阶段的时间为6～8小时，碳势Cp从1.1％降至0.8％。本发明可挖掘出已有渗碳炉的潜力，提高渗碳速度，缩短渗碳时间。稀土渗碳剂与高碳势的复合作用其效果更加显著，一般可缩短渗碳时间达30％以上，节电25～35％。

说明书

技术领域：

本发明涉及一种周期作业渗碳炉稀土可控变碳势渗碳方法。

背景技术：

渗碳是一种高能耗热加工工艺，常规渗碳需要将被渗碳的工件置于加热至900～950℃的专用渗碳炉中，在渗碳介质中保温数小时至数十小时，将工件表面渗入碳原子，然后将工件取出淬火，以便工件表面硬度达到HRC58～65，使工件表面具有高的硬度、强度及耐磨性，同时使抗弯曲、抗接触疲劳性能大幅增加，以保证如齿轮、轴承等零件长期使用。由此可见，已有渗碳工艺不仅时间长而且工效低、耗能高。如何才能缩短渗碳工艺时间、提高渗碳速度、降低能耗，通常的方法是提高渗碳温度和提高炉气碳势，但因受渗碳工件及使用钢材特性的制约而受到一定的限制，所以，在生产上很少使用。

发明内容：

本发明的目的是提供一种周期作业渗碳炉稀土可控变碳势渗碳方法，该方法具有渗碳工艺时间短、渗碳速度快、能耗低、不受渗碳工件及使用钢材特性制约的特点。本发明使用井式气体渗碳炉或密封箱式多用气体渗碳炉，其方法是由如下四个阶段实现的：一、升温排气阶段；二、强渗阶段I；三、强渗阶段II；四、扩散阶段；当升温排气阶段渗碳炉内的温度上升至920～940℃时即行关孔，当扩散阶段结束时渗碳炉内的工件降温至820～860℃即可出炉淬火；当升温排气阶段渗碳炉内的温度上升至820℃时，开始向渗碳炉内滴入稀土渗碳剂，使渗碳炉内的碳势C_p从820℃时的0.6％分时段升至关孔时的1.45％，渗碳时间为80～120分钟；强渗阶段I的渗碳时间为2～4小时，碳势C_p从1.45％分时段降至1.25％；强渗阶段II的渗碳时间为4～6小时，碳势C_p从1.25％降至1.1％；扩散阶段的时间为6～8小时，碳势C_p从1.1％降至0.8％。本发明在周期作业渗碳炉的渗碳初期即关孔前后，进行超常规的超高变碳势可控渗碳，可挖掘出已有渗碳炉的潜力，提高渗碳速度，缩短渗碳时间。稀土渗碳剂与高碳势的复合作用其效果更加显著，一般可缩短渗碳时间达33％以上，节电25～35％。

具体实施方式：

具体实施方式一：本实施方式使用井式气体渗碳炉或密封箱式多用气体渗碳炉，其方法是由如下四个阶段实现的：一、升温排气阶段；二、强渗阶段I；三、强渗阶段II；四、扩散阶段；当升温排气阶段渗碳炉内的温度上升至920～940℃时即行关孔，当扩散阶段结束时渗碳炉内的工件降温至820～860℃即可出炉淬火；当升温排气阶段渗碳炉内的温度上升至820℃时，开始向渗碳炉内滴入稀土渗碳剂，使渗碳炉内的碳势C_p从820℃时的0.6％分时段升至关孔时的1.45％，渗碳时间为80～130分钟；强渗阶段I的渗碳时间为2～4小时，碳势C_p从1.45％分时段降至1.25％；强渗阶段II的渗碳时间为4～6小时，碳势C_p从1.25％降至1.1％；扩散阶段的时间为6～8小时，碳势C_p从1.1％降至0.8％。所述稀土渗碳剂由稀土催渗剂和渗碳介质混合制成，稀土催渗剂占0.5～2％、渗碳介质占98～99.5％。所述稀土催渗剂是稀土氨盐或异环氨酸稀土。所述渗碳介质是甲醇、乙醇、异丙醇、苯、醋酸乙酯、煤油、丙酮中的一种或两种的组合。所述碳势C_p从820℃时的0.6％分时段升至关孔时的1.45％为：C_p0.6％/15～25分钟、C_p0.8％/15～25分钟、C_p1.0％/15～25分钟、C_p1.2％/15～25分钟、C_p1.45％/30～50分钟。所述碳势C_p从1.45％分时段降至1.25％为：C_p1.45％/40～80分钟、C_p1.35％/40～80分钟、C_p1.25％/40～80分钟。

实例1：某厂8～10吨载重车后桥主被动终端传动螺旋齿轮和变速箱齿轮，模数M8～10和M4-6，要求渗碳层深度为1.7～2.1mm和0.6-1.1mm，材料为20CrMoH或22CrMoH，原工艺渗碳温度930℃。因该材料特别容易在渗碳表面层的奥氏体晶界或三角晶界上形成粗条状或爪状的、形貌欠佳的碳化物而超过金相检验标准，故只能采用炉气碳势C_p＝1.0％的低碳势渗碳，使用标准型105井式渗碳炉渗碳，从装炉至达到渗碳层深1.7mm和0.6mm以上出炉淬火，所需时间为24和7小时。而采用本发明的方法，工件从入炉到出炉淬火只用16小时和5小时，渗碳层深度达到1.8±0.05mm和0.7±0.05，节约工时8小时和2小时，提高渗速30％以上。金相组织碳化物呈细小颗粒状2～3级，马氏体与残奥分别为1～3级，均在控制标准中限。

实例2：某铁路车辆大中型轴承，材料为20CrNiM。钢渗碳，要求渗碳层深2.7～3.1mm，渗碳淬火后硬度为HRC59～63，心部硬度为HRC38～42，在180KW井式渗碳炉中作渗碳处理，介质为甲醇加煤油。炉气碳势监测为氧探头，控制仪表即执行仪表为碳势控制智能仪表，由计算机控制，当用常规一段法渗碳温度为930℃、炉气控制碳势C_p＝1.2％，从装炉到出炉淬火耗费工时约30小时，渗碳层深约2.8mm左右。用本发明的方法在相同的渗碳温度条件下，只需20～22小时就达到渗碳层深2.8mm以上，减少工时8～10小时，提高渗速26～33％，金相组织符合检验标准。(该轴承尚需二次加热、加压、淬火和磨削加工。)