專(zhuān)利名稱：金屬部件的滲碳和碳氮共滲方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在熱處理爐中所用的氣氛的領(lǐng)域。本發(fā)明更具體地涉及在金屬部件、特別是鋼部件的滲碳和碳氮共滲方法中使用的氣氛。
該氣氛通常出自吸熱發(fā)生器，其中將空氣和烴的混合物在高于1000℃的溫度送至催化反應(yīng)器(一般基于鎳)中，以便進(jìn)行烴的部分氧化。
該滲碳?xì)夥找部赏ㄟ^(guò)空氣/烴類(lèi)的混合物就地(在熱處理爐內(nèi))反應(yīng)或通過(guò)在工業(yè)中常稱作“氮?dú)?甲醇”法的方法而獲得，在“氮?dú)?甲醇”法中，將氮?dú)夂鸵后w甲醇的混合物以合適的比例(例如40/60或30/70，或20/80)送至熱處理爐中，使甲醇就地裂解并制得相應(yīng)的氫氣和一氧化碳。
在所有這些情況(吸熱發(fā)生器、氮?dú)?甲醇?xì)夥盏?下，爐中CO/H2的比率接近1/2。
為說(shuō)明起見(jiàn)，爐內(nèi)的典型滲碳?xì)夥战M成(諸如例如由在甲烷中操作的吸熱發(fā)生器或由使用40％/60％比率的氮?dú)?甲烷法獲得的組成之類(lèi))如下所示20％CO,40％H2,0.1％CO2,0.3％H2O,1.3％CH4,氣氛的其余部分由氮?dú)饨M成。
已經(jīng)知道熱處理領(lǐng)域技術(shù)人員表征熱處理氣氛、特別是其在滲碳方面的活性的方法之一是氣氛的“滲碳能力”，即表征氣氛將碳輸送至欲滲碳的部件的能力并且(根據(jù)所采用的評(píng)估體系)可特別表示為氣氛的CO和CO2濃度和處理溫度的函數(shù)的參數(shù)。
為說(shuō)明起見(jiàn)，可參考關(guān)于金屬部件的滲碳方法中所包括的滲碳能力的作用和計(jì)算的以下著作美國(guó)金屬協(xié)會(huì)出版的G.KRAUSS所著題為“鋼的熱處理原理”和1981年美國(guó)金屬協(xié)會(huì)出版的《金屬手冊(cè)》第9版第4卷“熱處理”或在澳大利亞材料雜志1996年5月發(fā)表的DanielW.McCurdy的綜述文章。
所以氣體混合物的滲碳能力代表以質(zhì)量百分比表示的與該氣氛平衡的奧氏體的碳含量。
盡管文獻(xiàn)中報(bào)道了從氣氛的組成計(jì)算滲碳能力的許多模型，但是確定該滲碳能力的最精確和最嚴(yán)格的方法之一(由于其是絕對(duì)方法)仍然是所謂的“金屬箔片”法。
該方法基于滲碳?xì)夥蘸徒?jīng)過(guò)處理的部件中所含碳之間的熱力學(xué)平衡的概念。所以該方法包括在爐中于給定溫度和給定氣氛下將小尺寸的低碳鋼(例如含0.1％碳的XC10型)箔片(例如80毫米長(zhǎng)、35毫米寬和0.05毫米厚，這些小尺寸保證達(dá)到平衡的可能性)與滲碳?xì)夥战佑|并建立平衡。在這些給定氣氛和溫度條件下所得的滲碳能力隨后通過(guò)直接分析箔片的碳含量，例如通過(guò)箔片在氧氣流中燃燒后對(duì)碳進(jìn)行全面化學(xué)檢測(cè)(CO2檢測(cè))進(jìn)行嚴(yán)格確定。
因此，為說(shuō)明起見(jiàn)，滲碳能力等于0.7的氣氛與含0.7％碳的奧氏體形成平衡，然后該氣氛對(duì)含有更多碳的奧氏體進(jìn)行脫碳使其降至0.7％碳，對(duì)含有較少碳的奧氏體進(jìn)行滲碳使其升至0.7％碳。
如閱讀上述1950-1987年的參考文獻(xiàn)所知，監(jiān)控?zé)崽幚須夥盏臐B碳能力的現(xiàn)有技術(shù)基本上基于利用以下三個(gè)反應(yīng)之一(其中Ca代表吸附在部件表面上的碳)(1)(2)(3)由此可見(jiàn)，多年來(lái)用于確定滲碳能力的數(shù)個(gè)公式已經(jīng)或正在文獻(xiàn)中使用；因此，反應(yīng)(1)清楚地顯示如果已知?dú)夥罩蠧O和H2含量，那么檢測(cè)H2O的濃度就能夠計(jì)算氣氛的滲碳能力。
反應(yīng)(2)的使用顯示如果已知?dú)夥罩蠧O含量，那么檢測(cè)氣氛的CO2濃度就能夠確定氣氛的滲碳能力。該確定方法由于其與基于檢測(cè)露點(diǎn)的監(jiān)控相比具有較大的穩(wěn)定性而在二十世紀(jì)六十年代得到廣泛應(yīng)用。
最后，可以看出反應(yīng)(3)顯示對(duì)于已知?dú)夥盏腃O含量，檢測(cè)氣氛的氧含量就能夠確定滲碳能力。用于檢測(cè)氧化鋯中氧氣的探針于二十世紀(jì)七十年代在市場(chǎng)上的出現(xiàn)意味著采用反應(yīng)(3)確定滲碳能力的方法迅速成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)方法。
通常用于提高氣氛的滲碳能力的方法之一是向滲碳?xì)夥罩屑尤肷倭扛缓瑹N的氣體，一般是甲烷或丙烷，此額外的氣體與水、CO2或氧氣反應(yīng)，從而使根據(jù)以下反應(yīng)提高CO和H2含量成為可能CH4+CO2→2CO+2H2CH4+H2O→CO+3H2由此可見(jiàn)，多年來(lái)對(duì)滲碳能力進(jìn)行監(jiān)控、尤其是控制的方法是基于監(jiān)控和控制CO2、CO、H2、O2或H2O中的一種或多種物質(zhì)。
另外，一貫被推薦的作法是限制烴類(lèi)的注入和所建立的滲碳能力水平，以防止煙灰沉積(參見(jiàn)例如熱處理技術(shù)協(xié)會(huì)與工程師的技術(shù)出版的Dominique Ghiglione等人所著“Pratique des TraitementsThermiques[熱處理實(shí)踐]”)。
文獻(xiàn)中報(bào)道的滲碳法典型地使用兩種步驟，也就是說(shuō)在兩種步驟中將欲滲碳的部件與受控的氣氛接觸a)第一步，稱作碳的“富集”步驟，其中一般在780℃～980℃(取決于是滲碳還是碳氮共滲處理)將部件與含有氫氣和一氧化碳的氣氛接觸，滲碳能力一般在0.9-1.3范圍內(nèi)(在傳統(tǒng)鋼材的情況下)以在部件表面部分獲得給定的碳分布；b)所謂的“擴(kuò)散”步驟，其中將部件與滲碳能力比富集步驟中建立的滲碳能力小(一般在傳統(tǒng)鋼材的情況下是0.7-0.9)的氣氛接觸，以致幾乎沒(méi)有或完全沒(méi)有碳由氣相向欲處理的部件轉(zhuǎn)移，所述的擴(kuò)散步驟允許此前引入的碳擴(kuò)散進(jìn)入部件，從而在部件內(nèi)部(特別在表面上)建立根據(jù)冶金標(biāo)準(zhǔn)選擇和所需的碳濃度分布。
根據(jù)處理的部件和預(yù)期用途，在工業(yè)中有各種滲碳方法，其操作時(shí)間變化很廣，典型地從只持續(xù)1小時(shí)的方法至持續(xù)幾乎24小時(shí)的方法。
由此可見(jiàn)出于生產(chǎn)率的經(jīng)濟(jì)原因，非常令人感興趣的作法是提供能使?jié)B碳時(shí)間顯著減少的加速滲碳方法。
本發(fā)明特別旨在提供加速滲碳方法。
為此，本發(fā)明涉及滲碳或碳氮共滲(基于金屬或金屬合金，特別是黑色金屬或鐵基合金)金屬部件的方法，其中在至少一個(gè)碳富集步驟中將部件與含有氫氣和一氧化碳的碳富集氣氛接觸，所述方法有可能通過(guò)氣體如烴或烴混合物或其它含氧氣或能釋放氧氣的氣體混合物的受控添加來(lái)變化所述富集氣氛的滲碳能力，其特征在于a)進(jìn)行所述的受控添加以達(dá)到可能達(dá)到甚至超過(guò)所述金屬或金屬合金奧氏體的碳飽和度所需的氣氛滲碳能力水平；b)檢測(cè)氣氛中至少一種烴的殘余含量，并通過(guò)將氣氛中所述至少一種烴的殘余含量控制在預(yù)定值來(lái)將該氣氛的滲碳能力控制在所述預(yù)期水平。
如從上文可以理解，設(shè)定和受控的滲碳能力水平可在部件表面獲得和保持至少等于所述金屬或金屬合金的奧氏體的碳飽和度的碳含量。
為說(shuō)明起見(jiàn)，可一般參考鐵或其合金的熱處理領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的相圖，例如在純鐵的情況下，在約895℃-927℃碳含量約為1.2-1.3％時(shí)奧氏體處于飽和狀態(tài)，超過(guò)這一含量，碳以碳化物形式在奧氏體中沉淀。
另外，本發(fā)明的滲碳或碳氮共滲金屬部件的方法可選取一個(gè)或多個(gè)以下特征-在780℃-980℃將部件與富集氣氛接觸；-在富集氣氛中的殘余量受控的烴是甲烷CH4；-在該氣氛中的殘余量受控的烴是其中x＞1的烴CxHy的分解副產(chǎn)物之一；-將該氣氛的滲碳能力控制在大于或等于0.7％的值；-將該氣氛的滲碳能力控制在大于或等于1.3％的值；-將該氣氛的滲碳能力控制在大于或等于4％的值；-將富集氣氛的殘余烴含量控制在0.1-5體積％的值；
-該氣氛的殘余CO2含量小于或等于2，優(yōu)選小于或等于1.5體積％；-在部件上進(jìn)行各碳富集步驟之后，通過(guò)將部件與含有氫氣和一氧化碳的擴(kuò)散氣氛接觸進(jìn)行擴(kuò)散步驟，所述擴(kuò)散氣氛的滲碳能力小于富集氣氛的滲碳能力的所述受控值；-在金屬部件上進(jìn)行數(shù)個(gè)富集/擴(kuò)散循環(huán)；-通過(guò)加入二氧化碳CO2獲得比富集氣氛的滲碳能力的受控值小的擴(kuò)散氣氛的滲碳能力的所述值。
-檢測(cè)擴(kuò)散氣氛的殘余CO2含量，并通過(guò)將氣氛中殘余CO2含量控制在預(yù)定值來(lái)將該擴(kuò)散氣氛的滲碳能力控制在所述預(yù)期水平。
本發(fā)明也涉及基于金屬或金屬合金的部件的滲碳或碳氮共滲方法，其中在至少一個(gè)碳富集步驟中，在給定的富集溫度下將部件與含有氫氣和一氧化碳的富集氣氛接觸，其中可通過(guò)氣體如烴或烴混合物或含氧氣或能釋放氧氣的氣體混合物的受控添加來(lái)變化所述富集氣氛的滲碳能力，其特征在于a)進(jìn)行所述的受控添加以達(dá)到可能達(dá)到甚至超過(guò)所述金屬或金屬合金奧氏體的碳飽和度所需氣氛滲碳能力水平；b)確定富集氣氛的滲碳能力在步驟a)中達(dá)到的滲碳能力附近隨著向氣氛中添加烴或含氧氣或能釋放氧氣的氣體混合物而變化的敏感性；c)根據(jù)步驟b)中確定的結(jié)果，通過(guò)采取以下途徑之一而將該氣氛的滲碳能力控制在所述預(yù)期水平-檢測(cè)氣氛中至少一種烴的殘余含量，并通過(guò)將氣氛中所述至少一種烴的殘余含量控制在預(yù)定值來(lái)將該氣氛的滲碳能力控制在所述預(yù)期水平；-檢測(cè)該氣氛的殘余水蒸氣含量，并通過(guò)將氣氛的殘余水蒸氣含量控制在預(yù)定值來(lái)將該氣氛的滲碳能力控制在所述預(yù)期水平；-檢測(cè)該氣氛的殘余氧含量，并通過(guò)將氣氛的殘余氧含量控制在預(yù)定值來(lái)將該氣氛的滲碳能力控制在所述預(yù)期水平；-檢測(cè)該氣氛的殘余CO2含量，并通過(guò)將氣氛的殘余CO2含量控制在預(yù)定值來(lái)將該氣氛的滲碳能力控制在所述預(yù)期水平。
另外，本發(fā)明的滲碳或碳氮共滲金屬部件的方法可選取一個(gè)或多個(gè)以下特征-與富集氣氛在780℃-980℃接觸；-其殘余量受控的所述烴是甲烷；-其殘余量受控的所述烴是其中x＞1的烴CxHy的分解副產(chǎn)物之一；-將該氣氛的滲碳能力控制在0.7％-4％范圍內(nèi)的值；-將所述至少一種烴的殘余量控制在0.1-5體積％的范圍內(nèi)；-所述富集氣氛的殘余CO2含量小于或等于2體積％；-所述富集氣氛的殘余CO2含量小于1.5體積％；-在各碳富集步驟之后進(jìn)行部件與含有氫氣和一氧化碳的擴(kuò)散氣氛接觸的擴(kuò)散步驟，所述擴(kuò)散氣氛的滲碳能力小于富集氣氛的滲碳能力的所述受控值；-擴(kuò)散氣氛的滲碳能力小于1％；-通過(guò)加入二氧化碳CO2獲得比富集氣氛的滲碳能力受控值小的擴(kuò)散氣氛的滲碳能力的所述值。
-檢測(cè)擴(kuò)散氣氛的殘余CO2含量，并通過(guò)將氣氛中殘余CO2含量控制在預(yù)定值來(lái)控制擴(kuò)散氣氛的滲碳能力。
本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將從以下說(shuō)明性和完全非限定性的實(shí)施方案描述以及附圖中體現(xiàn)出來(lái)-

圖1顯示繪于縱坐標(biāo)的經(jīng)滲碳的XC10鋼箔片的碳含量與富集氣氛中CO2含量的函數(shù)關(guān)系曲線，該曲線顯示富集氣氛的各CO/H2比例值；-圖2顯示對(duì)于經(jīng)滲碳的XC10鋼片(整體試樣)給出的四條部件的碳分布曲線(繪于縱坐標(biāo)的部件的碳含量是部件中以微米計(jì)的深度的函數(shù))；這是在氣氛的滲碳能力分別為0.5％、0.78％、1.25％和3.81％條件下得到的四條曲線；-圖3顯示在含70％CO的CO/H2氣氛的情況下，箔片中檢測(cè)的碳含量與該氣氛中檢測(cè)的殘余CH4含量的函數(shù)關(guān)系。
所以圖1顯示從由低碳鋼箔片(0.1重量％碳；80毫米×35毫米×0.05毫米的平行六面體)進(jìn)行滲碳處理獲得的結(jié)果，該低碳鋼在所有情況下處理15分鐘，已證明15分鐘的時(shí)間足以使箔片與滲碳?xì)夥者_(dá)到熱力學(xué)平衡。
處理后的各箔片通過(guò)在氧氣中完全燃燒和CO2燃燒測(cè)試來(lái)分析，可獲得該箔片的總碳含量，并且從中扣除氣氛的滲碳能力值。
所有測(cè)試在體積為約0.15米3的AICHELIN牌的罐爐中進(jìn)行，一旦達(dá)到925℃的處理溫度和爐中氣氛的期望組成已足夠穩(wěn)定，就將箔片引入該爐中。如上所述，箔片在該爐中的保留時(shí)間是15分鐘。
所以申請(qǐng)人所進(jìn)行的深入研究，如圖1所示，顯示對(duì)于以其CO/H2比例為特征的各種富集氣氛，檢測(cè)的箔片中碳含量與氣氛中殘余CO2含量的函數(shù)關(guān)系(圖中最右側(cè)曲線是在90/10比例下得到的，然后依次為在70/30、60/40、50/50、30/70和20/80比例下的曲線，圖中最后一條即最左側(cè)曲線是在40/60比例的氮?dú)?甲醇?xì)夥障芦@得的)。
通過(guò)觀察這些曲線得到的結(jié)論-首先，在特定氣氛條件下獲得箔片中極高的碳含量(即氣氛的滲碳能力)的可能性在實(shí)際上明顯地高于1％，甚至達(dá)到3-4％，包括不同于1/2的CO/H2比例；-對(duì)于全部曲線，處在第一范圍(通過(guò)將CH4加入氣氛中而得到的范圍，有可能消耗CO2以形成CO和H2)內(nèi)，殘余CO2含量(取決于所述的CO/H2比例)低于特定值時(shí)，氣氛中殘余CO2含量變化極小甚至完全不再變化，而滲碳能力顯著提高；-所以可以構(gòu)想，在此第一個(gè)極有利的范圍內(nèi)，由于其具有很高的滲碳能力，所以氣氛的滲碳能力值不易作為氣氛的CO2含量的函數(shù)而受控制(如文獻(xiàn)中以常規(guī)方式進(jìn)行控制)，這是由于CO2含量變化很小；-相似地，如果在此第一范圍內(nèi)在氣氛中存在顯著的烴含量，也將難以用傳統(tǒng)的氧氣探針?lè)刂茲B碳能力(探針污染問(wèn)題)；-對(duì)于每條曲線，斜率的明顯變化出現(xiàn)在數(shù)值為1.2-1.3％的滲碳能力附近，也就是說(shuō)接近所述鋼材中奧氏體的飽和滲碳能力(在所用的處理溫度下，即925℃)；所以根據(jù)本發(fā)明極為有利的作法是在此范圍外通過(guò)檢測(cè)氣氛的烴含量和通過(guò)將該烴含量控制在依據(jù)預(yù)期滲碳能力預(yù)定的水平來(lái)將氣氛的碳含量控制在給定值；-另一方面，在該圖的第二部分，即對(duì)于高CO2含量(實(shí)踐中，高于1.5-2體積％)來(lái)說(shuō)，通過(guò)向氣氛中加入CO2(導(dǎo)致氣氛的殘余烴含量跌至極低水平)所獲得的所述第二部分導(dǎo)致滲碳能力降至低于0.5％，然后低于0.25％的值。
-所以可理解對(duì)于富集氣氛的殘余烴含量(相應(yīng)的殘余CO2含量在此極不敏感的范圍內(nèi))來(lái)說(shuō)，在碳富集步驟中控制高滲碳能力(大于或等于1.2％或1.3％，或甚至大于2％或3％)的本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，其中在碳擴(kuò)散進(jìn)入部件的步驟中通過(guò)將部件與具有較低滲碳能力(例如小于1，典型地為0.7-0.9％)的氣氛接觸將有利于在考慮到預(yù)想的“擴(kuò)散”滲碳能力小于1的情況下將氣氛的CO2含量控制在期望的水平，那么氣氛的相應(yīng)CH4含量變化極小(很低的敏感性)；-觀察圖1時(shí)，至少對(duì)于特定的CO/H2比例(典型地大于或等于30/70)，也可看到兩個(gè)上述范圍之間的稱作第三或中間范圍的存在。該中間范圍的特征是在約1.2％至約2.5％的滲碳能力范圍內(nèi)，滲碳能力作為氣氛中CO2含量的函數(shù)的“較溫和”的變化。所以對(duì)于所述CO/H2比例和所述中間范圍，可以理解在通過(guò)控制滲碳?xì)夥罩蠧O2含量而仍保持控制滲碳能力的可能性的同時(shí)能設(shè)定高滲碳能力(由于這些滲碳能力遠(yuǎn)大于奧氏體的飽和度)的優(yōu)勢(shì)。
該圖很清楚地顯示各范圍的極限取決于所述曲線，即取決于所用的CO/H2比例，但也可理解所示的曲線組為給定處理溫度(925℃)下的曲線組，和各處理溫度將從而給出其自身的曲線組和從而給出各曲線的自身范圍。
如上所述的圖3說(shuō)明曲線之一顯示檢測(cè)的箔片碳含量此時(shí)已不再是檢測(cè)的氣氛中CO2含量的函數(shù)，而是氣氛中殘余CH4含量的函數(shù)，本文所示的例子涉及含有在圖1范圍內(nèi)已提及的70％CO氣氛的CO/H2含量的情況。
因此，在該圖中，再次得到上述結(jié)論
-在小于或等于1.2-1.3％的滲碳能力范圍內(nèi)，再次存在氣氛中的殘余CH4含量變化很少的范圍，這相對(duì)于由上可見(jiàn)的殘余CO2含量顯著變化的范圍；-在約1.2％-1.3％范圍內(nèi)的滲碳能力水平以上，記錄到氣氛中殘余CH4含量的顯著變化(在此情況下，典型地在0.1％和3％之間變化)，導(dǎo)致滲碳能力顯著提高，以達(dá)到大于3％的值，這相對(duì)于圖1所述氣氛中殘余CO2含量的低值和很小變化的范圍。
圖2通過(guò)提供四個(gè)不同滲碳能力(各是0.5％,0.78％,1.25％和3.81％)得到的對(duì)比結(jié)果說(shuō)明在高滲碳能力(3.81％)下操作對(duì)XC10鋼部件(圓柱形整體試樣，直徑30毫米，5毫米厚)中碳含量隨著以微米表示的深度變化所產(chǎn)生的益處。
在以下實(shí)驗(yàn)條件下得到試樣在同樣的AICHELIN爐中于925℃處理1小時(shí)，引入該爐的初始?xì)夥帐呛?0％CO和50％H2的CO/H2二元?dú)夥铡?br> 一旦試樣經(jīng)過(guò)處理，就通過(guò)輝光放電光譜(GDS)對(duì)試樣進(jìn)行分析。
氣氛的滲碳能力(0.5、0.78等)在四種情況的每一種情況下通過(guò)將箔片與有待滲碳的整體片引入爐中和在處理后分析該箔片(其特點(diǎn)和工序已描述于圖1的相關(guān)內(nèi)容)來(lái)確定。
可以理解的是，滲碳1小時(shí)后，該箔片已經(jīng)明顯地達(dá)到平衡，因?yàn)橛缮峡梢?jiàn)已在15分鐘內(nèi)達(dá)到平衡。
所以，各情況下的滲碳?xì)夥杖缦滤綼)滲碳能力等于0.5％的情況CO=49.5％,H2=48.6％,CO2=1.82％,CH4=0.12％和H2O=19.6℃b)滲碳能力等于0.78％的情況CO=49.3％,H2=49.7％,CO2=1.04％,CH4=0.18％和H2O=11.6℃c)滲碳能力等于1.25％的情況CO=50％,H2=49.4％,CO2=0.55％,CH4=0.29％和H2O=2.9℃d)滲碳能力等于3.81％的情況CO=48％,H2=49.1％,CO2=0.25％,CH4=2.66％和H2O=-8.4℃
所以我們清楚地看到滲碳能力為3.81％時(shí)所得的碳分布很大程度上高于由不處在顯示滲碳能力隨CO2含量變化的CO/H2=50/50曲線(圖1)上基本上垂直部分的滲碳能力值所得的其它碳分布。
所以引入該試樣的碳量在這種情況下在1小時(shí)的相同處理時(shí)間內(nèi)顯著增加。
在圖2所示的曲線中，可理解其重大的實(shí)際優(yōu)勢(shì)在于能將富集氣氛的滲碳能力控制在高值(即大于對(duì)應(yīng)于奧氏體飽和度的數(shù)值)。
這是由于該條件允許提高滲碳速率(在此考慮圖2，可通過(guò)最初采用滲碳能力高于文獻(xiàn)中常用數(shù)值的滲碳?xì)夥斩杆俚孬@得給定的碳分布)。實(shí)際上眾所周知，在給定溫度下，滲碳深度可表示為時(shí)間的平方根的函數(shù)(參見(jiàn)上述G.KRAUSS的著作)。
為總結(jié)根據(jù)圖1-3所作的以下評(píng)價(jià)，可以理解本發(fā)明方面之一的優(yōu)勢(shì)，其中在至少一個(gè)碳富集步驟中將部件與富集氣氛接觸，并采取以下措施a)進(jìn)行諸如烴類(lèi)物質(zhì)的受控添加以達(dá)到甚至超過(guò)所述金屬或金屬合金的奧氏體的碳飽和度。
b)在步驟a)所達(dá)到的滲碳能力附近確定富集氣氛的滲碳能力隨著該氣氛中CO2或烴添加量變化的敏感性(由上可見(jiàn)，根據(jù)所述CO/H2的比例，可看到或看不到滲碳能力隨氣氛中CO2含量而“溫和”變化的中間范圍)；c)根據(jù)步驟b)中確定的結(jié)果，通過(guò)檢測(cè)烴、CO2、H2O或O2中的至少一種物質(zhì)在該氣氛中的殘余含量而將該氣氛的滲碳能力控制在所述預(yù)期水平，和通過(guò)控制氣氛中所述物質(zhì)的殘余含量來(lái)將該氣氛的滲碳能力控制在所述預(yù)期水平。
權(quán)利要求
1．基于金屬或金屬合金的部件的滲碳或碳氮共滲方法，其中在至少一個(gè)碳富集步驟中將部件與含有氫氣和一氧化碳的富集氣氛接觸，其特征在于氣氛的CO/H2比例不為1/2。
2．權(quán)利要求1的滲碳或碳氮共滲方法，其特征在于通過(guò)實(shí)施以下措施之一將氣氛的滲碳能力控制在預(yù)期水平-檢測(cè)氣氛中至少一種烴的殘余含量并通過(guò)將氣氛中所述至少一種烴的殘余含量控制在預(yù)定值來(lái)將該氣氛的滲碳能力控制在所述預(yù)期水平；-檢測(cè)該氣氛的殘余水蒸氣含量并通過(guò)將氣氛中殘余水蒸氣含量控制在預(yù)定值來(lái)將該氣氛的滲碳能力控制在所述預(yù)期水平；-檢測(cè)該氣氛的殘余氧含量并通過(guò)將氣氛中殘余氧含量控制在預(yù)定值來(lái)將該氣氛的滲碳能力控制在所述預(yù)期水平；-檢測(cè)該氣氛的殘余CO2含量并通過(guò)將氣氛中殘余CO2含量控制在預(yù)定值來(lái)將該氣氛的滲碳能力控制在所述預(yù)期水平。
3．基于金屬或金屬合金的部件的滲碳或碳氮共滲方法，其中在至少一個(gè)碳富集步驟中在給定的富集溫度下將該部件與含有氫氣和一氧化碳的富集氣氛接觸，其中可通過(guò)氣體如烴或烴混合物或含氧氣體混合物的受控添加來(lái)變化所述富集氣氛的滲碳能力，其特征在于a)進(jìn)行所述的受控添加以達(dá)到可能達(dá)到甚至超過(guò)所述金屬或金屬合金中奧氏體的碳飽和度所需的氣氛的滲碳能力水平；b)確定富集氣氛的滲碳能力在步驟a)中達(dá)到的滲碳能力附近隨著向氣氛中添加烴或含氧氣或能釋放氧氣的氣體混合物而變化的敏感性；c)據(jù)步驟b)中確定的結(jié)果，通過(guò)采取以下途徑之一而將該氣氛的滲碳能力控制在所述預(yù)期水平-檢測(cè)氣氛中至少一種烴的殘余含量并通過(guò)將氣氛中所述至少一種烴的殘余含量控制在預(yù)定值來(lái)將該氣氛的滲碳能力控制在所述預(yù)期水平；-檢測(cè)該氣氛的殘余水蒸氣含量并通過(guò)將氣氛中殘余水蒸氣含量控制在預(yù)定值來(lái)將該氣氛的滲碳能力控制在所述預(yù)期水平；-檢測(cè)該氣氛的殘余氧含量并通過(guò)將氣氛中殘余氧含量控制在預(yù)定值來(lái)將該氣氛的滲碳能力控制在所述預(yù)期水平；-檢測(cè)該氣氛的殘余CO2含量并通過(guò)將氣氛中殘余CO2含量控制在預(yù)定值來(lái)將該氣氛的滲碳能力控制在所述預(yù)期水平。
4．權(quán)利要求3的方法，其特征在于所述與富集氣氛的接觸步驟在780℃-980℃進(jìn)行。
5．權(quán)利要求3或4的方法，其特征在于殘余量受控的所述烴是甲烷。
6．權(quán)利要求3或4的方法，其特征在于殘余量受控的所述烴是其中x＞1的烴CxHy的分解副產(chǎn)物之一。
7．權(quán)利要求3至6中任一項(xiàng)的方法，其特征在于將氣氛的滲碳能力控制在O.7～4％范圍內(nèi)的值。
8．權(quán)利要求3至7中任一項(xiàng)的方法，其特征在于將所述至少一種烴的殘余量控制在0.1體積％-5體積％的范圍內(nèi)。
9．權(quán)利要求3至8中任一項(xiàng)的方法，其特征在于所述富集氣氛的殘余CO2含量小于或等于2體積％。
10．權(quán)利要求9的方法，其特征在于所述富集氣氛的殘余CO2含量小于1.5體積％。
11．權(quán)利要求3至10中任一項(xiàng)的方法，其特征在于在碳富集步驟之后進(jìn)行部件與含有氫氣和一氧化碳的擴(kuò)散氣氛接觸的擴(kuò)散步驟，所述擴(kuò)散氣氛的滲碳能力小于富集氣氛的滲碳能力的所述受控值。
12．權(quán)利要求11的方法，其特征在于擴(kuò)散氣氛的滲碳能力小于1％。
13．權(quán)利要求11或12的方法，其特征在于通過(guò)加入二氧化碳CO2獲得比富集氣氛的滲碳能力受控值小的擴(kuò)散氣氛的滲碳能力的所述值。
14．權(quán)利要求11至13中任一項(xiàng)的方法，其特征在于檢測(cè)擴(kuò)散氣氛的殘余CO2含量，并通過(guò)將氣氛中殘余CO2含量控制在預(yù)定值來(lái)控制該擴(kuò)散氣氛的滲碳能力。
15．基于金屬或金屬合金的部件的滲碳和碳氮共滲方法，其中在至少一個(gè)碳富集步驟中將部件與含有氫氣和一氧化碳的富集氣氛接觸，其中可通過(guò)氣體如烴或烴混合物或含氧氣或能釋放氧氣的氣體混合物的受控添加來(lái)變化所述富集氣氛的滲碳能力，其特征在于a)進(jìn)行所述的受控添加以達(dá)到能夠達(dá)到甚至超過(guò)所述金屬或金屬合金奧氏體的碳飽和度的所需氣氛滲碳能力的水平；b)檢測(cè)氣氛中至少一種烴的殘余含量并通過(guò)將氣氛中所述至少一種烴的殘余含量控制在預(yù)定值來(lái)將該氣氛的滲碳能力控制在所述預(yù)期水平。
16．權(quán)利要求15的方法，其特征在于所述與富集氣氛接觸的步驟在780℃～980℃進(jìn)行。
17．權(quán)利要求15或16的方法，其特征在于殘余量受控的所述烴是甲烷。
18．權(quán)利要求15或16的方法，其特征在于殘余量受控的其中x＞1的所述烴是烴CxHy的分解副產(chǎn)物之一。
19．權(quán)利要求15至18中任一項(xiàng)的方法，其特征在于將氣氛的滲碳能力控制在0.7～4％范圍內(nèi)的值。
20．權(quán)利要求15至19中任一項(xiàng)的方法，其特征在于將所述至少一種烴的殘余量控制在0.1-5體積％范圍內(nèi)。
21．權(quán)利要求15至20中任一項(xiàng)的方法，其特征在于所述富集氣氛的殘余CO2含量小于或等于2體積％。
22．權(quán)利要求21的方法，其特征在于所述富集氣氛的殘余CO2含量小于1.5體積％。
23．權(quán)利要求15至22中任一項(xiàng)的方法，其特征在于在碳富集步驟之后進(jìn)行將部件與含有氫氣和一氧化碳的擴(kuò)散氣氛接觸的擴(kuò)散步驟，所述擴(kuò)散氣氛的滲碳能力小于富集氣氛的滲碳能力的所述受控值。
24．權(quán)利要求23的方法，其特征在于擴(kuò)散氣氛的滲碳能力小于1％。
25．權(quán)利要求23或24的方法，其特征在于通過(guò)加入二氧化碳CO2獲得比富集氣氛的滲碳能力受控值小的擴(kuò)散氣氛的滲碳能力的所述值。
26．權(quán)利要求23至25中任一項(xiàng)的方法，其特征在于檢測(cè)擴(kuò)散氣氛的殘余CO2含量并通過(guò)將氣氛中殘余CO2含量控制在預(yù)定值來(lái)控制該擴(kuò)散氣氛的滲碳能力。
全文摘要
本發(fā)明涉及金屬或金屬合金部件的滲碳或碳氮共滲方法,其中包括在至少一個(gè)碳富集階段中,將部件與含有氫氣和一氧化碳的富集氣氛接觸,該氣氛的CO/H
文檔編號(hào)C23C8/08GK1298456SQ9980554
公開(kāi)日2001年6月6日 申請(qǐng)日期1999年3月26日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月27日
發(fā)明者D·杜莫吉, M·布芬, T·辛德金格 申請(qǐng)人:液體空氣喬治洛德方法利用和研究有限公司