齿轮气体渗碳工艺的优化

2023-06-29 理论教育版权反馈

【摘要】：常用气体渗碳方法及其工艺特点、适用范围表5-18 常用气体渗碳方法及其工艺特点、适用范围（续）常用气体渗碳剂的特性气体渗碳使用的渗碳剂可分为两大类。图5-3所示为现代化计算机控制的直生式气氛渗碳工艺控制原理图。

气体渗碳方法有滴注式气体渗碳、吸热式气体渗碳、氮基气氛渗碳、直生式气体渗碳和真空（式）气体渗碳等。

（1）常用气体渗碳方法及其工艺特点、适用范围（见表5-18）

表5-18 常用气体渗碳方法及其工艺特点、适用范围

（续）

（2）常用气体渗碳剂的特性气体渗碳使用的渗碳剂可分为两大类。一类是液态渗碳剂主要有煤油、苯、二甲苯、甲醇、乙醇、丙酮、醋酸乙酯、乙醚等液体有机物；另一类是直接使用气体渗碳剂如天然气、丙烷、丁烷、发生炉煤气、吸热式气体等。

对渗碳剂的要求：分解后的炭黑要少，含硫和其他杂质少，不形成环境污染。常用气体渗碳剂的特性、主要指标、组成及使用方法见表5-19～表5-21。

表5-19 常用气体渗碳剂的特性

表5-20 几种渗碳用有机液体的主要指标

表5-21 常用气体渗碳剂组成及使用方法

（3）气体渗碳炉换气率的计算渗碳炉气体换气率较小时，容易产生渗碳不均匀情况，气体渗碳炉载体气的换气率见表5-22。

表5-22 气体渗碳炉载体气的换气率

计算公式为

换气率＝每小时的载体气流量／炉膛容积

举例：连续式渗碳炉（单排，共4个区），炉膛容积8.52m3；载体气供给量＝（1区）6（m3 h）＋（2区）12（m3／h）＋（3区）10（m3／h）＋（4区）14（m3／h）＝42m3／h。

其渗碳炉载体气的换气率＝载体气供给总量／炉膛容积＝42（m3／h）／8.52（m3）＝5次／h。

当然，即使载体气的换气率较大，工件和载体气氛也不一定是均匀的接触。为了使工件和炉气适当地接触，除了合理装炉，渗碳炉搅拌风扇应保证正常，风扇电动机功率可使用2.2～5.5kW，风扇的叶片4、6或8个，搅拌的转速2.5～6m／s。

（4）各种炉型吸热式气氛用量与炉膛关系的经验数据（见表5-23～表5-25）

表5-23 带前室的多用炉吸热式气氛用量与炉膛体积的关系

表5-24 井式渗碳炉吸热式气氛用量与炉膛体积的关系

表5-25 连续推杆式渗碳炉吸热式气氛用量与炉膛体积的关系

1.齿轮在井式渗碳炉中的气体渗碳工艺

（1）甲醇-煤油滴注式气体渗碳甲醇-煤油滴注式气体渗碳通用工艺如图5-2所示，供齿轮渗碳时参考。

图5-2 甲醇-煤油滴注式通用气体渗碳工艺

图5-2中，q为按渗碳炉电功率计算的渗剂滴量（mL／min），由下式计算：

q＝CW式中 C——每千瓦功率所需要的滴量［mL／（kW·min）］，取C＝0.13；

W——渗碳炉功率（kW）。

Q为按工件有效吸碳面积计算的渗剂滴量（mL／min），由下式计算：

Q＝KNA式中 K——每平方米吸碳表面积每分钟耗渗碳剂量［mL／（m2·min）］，取K＝1；

N——装炉工件数（件）；

A——单件有效吸碳表面积（m2／件）。

上述工艺适用于不具备碳势测量与控制仪器的情况。强渗时间、扩散时间与渗碳层深度的关系可参考表5-26，使用时可根据具体情况进行修正。

表5-26 强渗时间、扩散时间与渗碳层深度的关系

注：若渗碳后直接降温淬火，则扩散时间应包括降温及降温后停留的时间

（2）井式炉用甲醇＋煤油作为滴注剂用量（见表5-27)

表5-27 井式炉用甲醇＋煤油作为滴注剂用量

（3）以煤油为渗剂的气体渗碳

不同型号井式气体渗碳炉各阶段煤油滴量见表5-28

表5-28 不同型号井式气体渗碳炉各阶段煤油滴量（单位：滴／min)

注：1.煤油100滴为3.8～4.2mL。

2.数据适用于合金钢，碳素钢应增加10％～20％；装入工件的总面积过大或过小时，应适当修整

3.渗碳温度为920～930℃。

（4）以苯、煤油＋酒精、甲醇＋丙酮为渗剂的井式炉气体渗碳（见表5-29）

表5-29 井式炉其他渗碳剂滴量（单位：滴／min)

（5）以天然气为渗剂的井式炉气体渗碳工艺利用天然气、裂化气、氨气进行气体渗碳不仅可以使渗碳时间大为缩短，节省能源，而且可以获得较好的渗碳质量。表5-30为井式炉天然气渗碳工艺应用实例。

表5-30 井式炉天然气渗碳工艺应用实例

（6）齿轮在井式炉中的渗碳工艺实例（见表5-310)

表5-31 齿轮在井式炉中的渗碳工艺实例

2.齿轮在连续式渗碳炉中的渗碳工艺

（1）连续式渗碳炉各区温度及碳势的选择连续式渗碳炉各区温度应控制在±10℃以内温度波动不仅会引起碳势的变动还会影响渗碳层深度，包括渗碳质量。其各区温度及碳势选择见表5-32。

表5-32 连续式渗碳炉各区温度及碳势的选择

连续式渗碳炉（单排）吸热式气氛和丙烷流量的分配比例见表5-33

表5-33 连续式渗碳炉（单排）吸热式气氛和丙烷流量的分配比例

注：1.吸热式气氛的露点在－5～0℃，渗碳时的露点在－15～－5℃

2.通气量应根据炉膛尺寸大小而定。

（2）齿轮在连续式渗碳炉中的渗碳工艺（见表5-34)

表5-34 齿轮在连续式渗碳炉中的典型渗碳工艺

3.齿轮在可控气氛多用炉中的渗碳工艺

齿轮在可控气氛多用炉中的渗碳工艺见表5-35

表5-35 齿轮在可控气氛多用炉中的渗碳工艺

4.直生式气氛渗碳技术及其应用

直生式气氛渗碳，即超级渗碳，它是将原料气体（或液体渗碳剂）与空气或CO₂气体直接通入渗碳炉内，直接生成渗碳气氛的一种渗碳工艺。燃料气体或液体是定数，炉内碳势通过调节空气输入量来控制。图5-3所示为现代化计算机控制的直生式气氛渗碳工艺控制原理图。

直生式气氛渗碳的特点：碳势调整速度快于吸热式和氮基渗碳气氛；渗碳层均匀，重现性好具有较高的碳传递系数（见表5-36），对原料气的要求较低，气体消耗量低于吸热式气体渗碳最大优点是节省渗碳原材料，缩短渗碳周期；直生式气氛由于炉内气体不稳定，CH₄含量较高对此须采用特殊氧探头，并用O₂、CO、温度T三参数微机进行碳势控制，从而提高炉气碳势控制精度。