本發(fā)明涉及真空熱處理
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體是一種低壓真空滲碳工藝。
背景技術(shù)：
：滲碳是重要的熱處理手段之一。滲碳工藝類型很多，常用的主要類型可分為：固體滲碳、液體滲碳、氣氛滲碳和特殊滲碳。固體滲碳在固態(tài)介質(zhì)當(dāng)中進行，將工件埋入裝有粒狀滲碳劑的鐵箱中或在工件表面上涂一層滲碳膏劑，然后裝入爐子中加熱滲碳；液體滲碳是將工件直接放入能分解出活性碳原子的鹽液中加熱滲碳，近年來推廣發(fā)展了不用氰鹽的無毒液體滲碳，使這種滲碳工藝有了新的生機；氣氛滲碳在氣體介質(zhì)中進行，可在天然氣、石油裂化氣和吸熱式、氮基可控氣氛中滲碳，也可以在滴注液體滲碳劑的分解氣體中滲碳；特殊滲碳通常在特定的物理條件下進行，目前在國內(nèi)外獲得應(yīng)用的有：高頻電場中加熱滲碳、真空條件下的真空滲碳、離子轟擊條件下的離子滲碳、電解放電條件下的電解滲碳、流動粒子狀態(tài)下的流態(tài)床滲碳等等。真空滲碳技術(shù)（VacuumCarburization，或稱低壓滲碳技術(shù)，LowPressureCarburizing）：采用飽和或不飽和碳氫化合物作為滲碳氣氛，成分簡單不含氧，從而解決了環(huán)境污染和內(nèi)氧化的問題；滲碳溫度高于傳統(tǒng)氣氛滲碳，因此大大縮短了滲碳周期；操作安全，與其它設(shè)備集成性能優(yōu)良；真空滲碳結(jié)合高壓氣淬技術(shù)，工件淬火后變形小，后期處理工序簡單，處理后工件機械性能優(yōu)良。真空（低壓）滲碳作為完全升級滲碳技術(shù)，具有多項優(yōu)勢：?安全：大幅度消除傳統(tǒng)氣體滲碳的安全因素，無常壓易燃易爆介質(zhì)；?低碳：介質(zhì)消耗幾乎降低到1%以下；?節(jié)能：加熱功率消耗降低10～15%；?環(huán)保：低噪音、無熱輻射、無排放；?工藝：消除晶間氧化、實現(xiàn)高溫滲碳和盲孔滲碳等功能。低壓滲碳以其特有的優(yōu)點得到了迅速的發(fā)展和廣泛使用，國內(nèi)外已有數(shù)十家申請了有關(guān)低壓滲碳工藝和設(shè)備的專利，已經(jīng)有數(shù)百臺的低壓滲碳設(shè)備運行在世界各地的熱處理工廠中。低壓滲碳以其清潔環(huán)保、無氧化、無變形的特色，重點應(yīng)用在航空、航天、汽車齒輪等精密設(shè)計行業(yè)。然而，碳傳遞數(shù)學(xué)模型不成熟、爐內(nèi)氣氛監(jiān)測控制困難、滲碳過程控制精度不高、爐內(nèi)容易形成碳黑和焦油、對設(shè)備制造與工藝材料的高要求而帶來的高成本問題，仍有待研究和解決。另外，正視低壓滲碳技術(shù)發(fā)展與發(fā)達國家的所存在的差距，開發(fā)出具自主知識產(chǎn)權(quán)的低壓滲碳設(shè)備和工藝填補技術(shù)是時代需要也是國內(nèi)熱處理領(lǐng)域研究人員的重要任務(wù)。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種綠色、節(jié)能、環(huán)保、高效的低壓真空滲碳工藝。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種低壓真空滲碳工藝，包括升溫階段、滲碳階段、擴散階段和預(yù)冷階段；所述的升溫階段包括：對工件進行抽真空，真空度控制在1～20Pa；抽真空后，開始加熱，滲碳溫度在通用的滲碳工藝溫度范圍800～1050℃；所述的滲碳階段是以乙炔作為滲碳氣氛，采用壓力脈沖方式，具體步驟為：當(dāng)工件的溫度達到工藝設(shè)定溫度后，將乙炔氣氛充入爐內(nèi)維持滲碳氣體分壓，稱為滲碳充氣脈沖階段，滲碳充氣脈沖階段保持設(shè)定的時間后，開始抽真空，抽出爐內(nèi)滲碳氣氛，在真空下保持一段時間，這個階段稱為抽真空擴散階段，滲碳充氣脈沖階段與抽真空擴散階段合起來作為一個滲碳脈沖周期；整個滲碳階段是由多個滲碳脈沖周期組成；其中，乙炔壓力為500～1000Pa，而每個滲碳脈沖周期中的滲碳充氣脈沖階段維持時間、抽真空擴散階段維持時間、脈沖次數(shù)則由工件的表面含碳量、滲層深度而定；滲碳充氣脈沖階段維持時間是指單次充入滲碳氣氛時，工件的表面含碳量達到最大值所需的時間；抽真空擴散階段維持時間是指抽真空時，工件的表面含碳量達到最小值所需的時間；脈沖次數(shù)由滲層深度與有效層滲碳含量之間的關(guān)系而定，當(dāng)滲層深度達到工藝設(shè)定的滲碳層深度時，停止?jié)B碳脈沖。作為本發(fā)明進一步的方案：所述的擴散階段是以工件的表面含碳量和滲層深度達到要求而結(jié)束的；所述的預(yù)冷階段包括：采用氮氣作為冷卻氣體，將工件快速冷卻，出爐。作為本發(fā)明進一步的方案：所述的升溫階段，真空度為1～10Pa。作為本發(fā)明進一步的方案：所述的升溫階段，滲碳溫度優(yōu)選為900～940℃。作為本發(fā)明進一步的方案：所述的滲碳階段中，滲碳充氣脈沖階段維持時間為30～60s，抽真空擴散階段維持時間為15s至數(shù)分鐘，脈沖次數(shù)是依據(jù)滲碳層深度而定。作為本發(fā)明進一步的方案：所述的滲層深度的測定是采用機械法和目測法共同測得：在顯微硬度計上進行機械法滲層深度的測定，測量滲碳層深度；隨后用100倍顯微鏡進行組織觀測，讀取滲層和心部之間的分界線的總滲碳層深度，讀取碳量與心部組織不同的整個暗區(qū)的深度；兩個滲層深度值進行加權(quán)平均，作為低壓真空滲碳的滲層深度。作為本發(fā)明進一步的方案：所述的表面含碳量的測定是通過直讀光譜分析儀或熒光波譜儀直接進行碳含量分析。作為本發(fā)明進一步的方案：所述的表面含碳量的測定是通過將工件進行退火處理后，對組織進行金相分析，估算每種組織的體積含量，并利用每種組織的含碳量，采用灰度法估算表面含碳量。作為本發(fā)明進一步的方案：所述的工藝應(yīng)用在包括齒輪件、軸類件、噴油嘴在內(nèi)的零件的低壓真空滲碳處理上。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明采用壓力脈沖方式，以乙炔為滲碳氣氛，并采用強滲期多次充入滲碳氣氛的方式，大大減弱了爐壁吸脫碳對滲碳過程的影響，可以有效控制工件的表面含碳量和滲層深度，使之達到最佳的滲碳效果，避免了炭黑和焦油的生成。本發(fā)明工藝具有綠色、節(jié)能、環(huán)保、高效的優(yōu)點。附圖說明圖1是低壓真空滲碳工藝示意圖；圖2是滲碳階段的脈沖周期圖；圖3是柴油噴嘴針閥體剖面圖；圖4是圖3所示的針閥體剖面的示意圖；圖5是針閥體盲孔底端位置1的金相組織形貌圖（放大倍數(shù)為500）；圖中：1-座面，2-小中孔，3-小外圓，4-大外圓，5-導(dǎo)向孔。具體實施方式下面將結(jié)合本發(fā)明實施例，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。實施例1請參閱圖1～2，本發(fā)明實施例中，一種低壓真空滲碳工藝，包括以下四個階段：（1）升溫階段：工件置于爐內(nèi)抽真空后，加熱開始，溫度控制應(yīng)準(zhǔn)確，溫度測量點應(yīng)該盡量接近爐內(nèi)工件；其中，真空度控制在1～20Pa；滲碳溫度在通用的滲碳工藝溫度范圍800～1050℃。（2）滲碳階段：以乙炔為滲碳氣氛，采用壓力脈沖方式，當(dāng)工件的溫度達到工藝設(shè)定溫度后，將乙炔氣氛充入爐內(nèi)維持滲碳氣體分壓，稱為滲碳充氣脈沖階段，滲碳充氣脈沖階段保持設(shè)定的時間后，開始抽真空，抽出爐內(nèi)滲碳氣氛，在真空下保持一段時間，這個階段稱為抽真空擴散階段，滲碳充氣脈沖階段與抽真空擴散階段合起來作為一個滲碳脈沖周期；整個滲碳階段是由多個滲碳脈沖周期組成；其中，乙炔壓力為500～1000Pa，而每個滲碳脈沖周期中的的滲碳充氣脈沖階段維持時間、抽真空擴散階段維持時間、脈沖次數(shù)則由工件的表面含碳量、滲層深度而定；滲碳充氣脈沖階段維持時間是指單次充入滲碳氣氛時，工件的表面含碳量達到最大值所需的時間，該時間約為30～60s；抽真空擴散階段維持時間是指抽真空時，工件的表面含碳量達到最小值所需的時間，該時間約為15s至數(shù)分鐘；脈沖次數(shù)由滲層深度與有效層滲碳含量之間的關(guān)系而定，當(dāng)滲層深度達到工藝設(shè)定的滲碳層深度時，停止?jié)B碳脈沖。具體的脈沖周期如圖2所示。（3）擴散階段：最終的擴散階段，時間相對滲碳時間略長，在這一過程中，表面含碳量和滲層深度達到要求。（4）氣淬冷卻階段：達到要求滲層深度以及表面含碳量后，采用氮氣作為冷卻氣體，將工件快速冷卻，出爐。在實際操作過程中，在工件放入爐中之前，需要對工件進行裝料，裝料需要考慮工件之間的合理間隔，確保滲碳氣氛的均勻充入及清洗后不留沉清洗劑。對工件進行清洗，其中清洗可以是超聲波水溶劑清洗，推薦使用真空碳氫清洗以更好地去除工件上的油污；熱處理后檢測取樣，質(zhì)量檢驗按常規(guī)滲碳檢測規(guī)范進行。本工藝可以用于齒輪件、軸類件、噴油嘴等零件的滲碳。本低壓真空滲碳工藝采用的研發(fā)試驗的方法描述：在研發(fā)過程中，為得到正確的工藝和檢測結(jié)果，采用了以下試驗手段及方法。低壓真空滲碳工藝參數(shù)可以通過正交試驗來確定，低壓真空滲碳的試驗屬于多因素試驗，為了盡量減少試驗次數(shù)，并在這些試驗的基礎(chǔ)上，利用所得到的試驗數(shù)據(jù)，獲得指導(dǎo)滲碳工藝設(shè)計的正確結(jié)論，采用正交試驗的方法設(shè)計試驗過程。正交試驗的步驟如下：a.定指標(biāo)，挑因素，選水平上面提到，低壓真空滲碳試驗采用壓力脈沖方式。滲碳脈沖方式由兩方面因素決定：乙炔量、強滲/擴散時間比，而乙炔量由乙炔壓力和強滲期充入爐內(nèi)次數(shù)兩個參數(shù)決定。因此，當(dāng)乙炔量固定時（試驗中乙炔腔滲碳氣氛壓力為一大氣壓），此正交試驗中共有四個因素：強滲充入次數(shù)、滲碳充氣脈沖階段維持時間、抽真空擴散階段維持時間、脈沖次數(shù)。每個因素設(shè)定三個水平。滲碳評價指標(biāo)為滲層深度、表面含碳量、碳通量。因此該試驗為三水平四因素三指標(biāo)試驗，記為34型試驗。全面試驗的次數(shù)為：3*3*3*3=81次。一次滲碳試驗的因素水平表可如表1所示。表1一次典型的四因素三水平表b.選用正交表，排表頭在選擇正交表進行正交設(shè)計時，必須先確定試驗?zāi)康?。如果試驗?zāi)康闹饕窍氡容^準(zhǔn)確地弄清楚各個因素對指標(biāo)影響的大小，特別是要摸清各種因素水平的不同搭配對指標(biāo)的影響，這就需要考慮因素之間的交互作用。因為在一個試驗中，不僅各個因素獨立起作用，而且因素之間有時會聯(lián)合起來起作用。在本試驗中，雖然滲碳過程中擴散時間與滲碳時間存在一定的相關(guān)性，但由于時間關(guān)系現(xiàn)將問題簡化，只對每一個因素對指標(biāo)的影響進行考察。將來的工作中，將把因素之間交互作用考慮在內(nèi)，重新設(shè)計正交表，更加全面的考慮四因素對滲碳指標(biāo)的影響?，F(xiàn)選用正交表L9（34）設(shè)計正交表頭與正交表分別如下表2、3所示：表2正交表頭1234因字數(shù)ABCD表3正交表研發(fā)試驗時按照以上正交表進行試驗。其所涉及的低壓真空滲碳試驗中的滲碳效果衡量指標(biāo)簡檢測方式如下：A.滲層深度測定在低壓真空滲碳試驗中擬采用機械法和目測法共同測量工件低壓真空滲碳后滲碳層深度。工件出爐后，經(jīng)奧氏體化后采用水淬并回火；進行完全的金相拋光；采用適合于材料和工藝的腐蝕方法；在顯微硬度計上進行機械法滲層深度的測定，測量滲碳層深度；隨后用100倍顯微鏡進行組織觀測，讀取滲層和心部之間的分界線的總滲碳層深度，讀取碳量與心部組織不同的整個暗區(qū)的深度。兩個滲層深度值進行加權(quán)平均，作為低壓真空滲碳的滲層深度。B.表面含碳量測定為使工件滲碳與淬火處理后表面具有高碳鋼淬火后的硬度和耐磨性，須對表面含碳量對進行控制。表面含碳量的測定可通過直讀光譜分析儀或熒光波譜儀直接進行碳含量分析，或者將工件進行退火處理后，對組織進行金相分析，估算每種組織的體積含量，并利用每種組織的含碳量，采用灰度法估算表面含碳量。C.碳通量測定碳通量定義為單位時間單位面積上流過的碳的質(zhì)量，假設(shè)Wt表示經(jīng)過時間t時間處理的工件的增重，S表示工件的表面積，則碳通量的表達式是。其中，利用HengpingFA2004電子天平（量程200g，最小分辨值：0.1mg）對工件的增重情況進行分析。通過以上工藝試驗方案及檢測方法，將試驗結(jié)果填入正交表中，通過對正交試驗結(jié)果進行分析，分析影響滲碳結(jié)果的因素，從而研究優(yōu)化完成本低壓真空滲碳工藝方法。作為本發(fā)明方法的應(yīng)用于批量生產(chǎn)的實例，請參閱圖3～5，分別為利用本發(fā)明工藝批量生產(chǎn)得到的柴油噴嘴針閥體的剖面圖、剖面示意圖和金相組織形貌圖。其中，圖5的放大倍數(shù)為500倍，由圖5可以看出，該針閥體盲孔底端位置1的金相組織形貌均勻，其馬氏體3級，碳化物1.5級，殘余奧氏體1.5級。本發(fā)明采用壓力脈沖方式，以乙炔為滲碳氣氛，并采用強滲期多次充入滲碳氣氛的方式，大大減弱了爐壁吸脫碳對滲碳過程的影響，可以有效控制工件的表面含碳量和滲層深度，使之達到最佳的滲碳效果，避免了炭黑和焦油的生成。本發(fā)明工藝具有綠色、節(jié)能、環(huán)保、高效的優(yōu)點。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應(yīng)將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。當(dāng)前第1頁1 2 3