[其他]一种直生式可控气氛渗碳工艺

说明书

本发明是一种直生式可控气氛渗碳工艺，属于金属热处理技术领域。

与本发明相关的技术为：“煤油和空气直接在炉中制取的渗碳气氛及其碳势控制”（潘惠良等三人在第三届国际材料热处理大会的论文，英文版）。由于其在“有”内马弗套的炉子中进行渗碳，操作不方便，装炉量减少，增加电耗，增加生产成本，更主要的是炉气是单一的层流，渗件周围存在滞流区，渗碳均匀性较差。

本发明的目的是为了克服上述不足，提高渗碳均匀性，降低工艺成本，提供一种以廉价的煤油和空气作为渗剂的直生式可控气氛渗碳工艺。

本发明的要点是根据气体动力学原理，在井式渗碳炉中，去掉内马弗套，同时使循环风扇定时改变转动方向，使炉中的炉气由原来的内马弗套与定向转动的循环风扇形成的层流（如图1），变成周期性紊流加层流（如图2）。

本发明的工艺流程：

1.渗前工件除油、除锈后装上吊具（或料架）待装炉，同时把去掉内马弗套的渗碳炉空炉升温至930℃，循环风扇每5～15分钟改变一次转向（渗碳全过程都如此）。

2.工件装进炉后随即升温（由于送进工件，炉温下降），同时滴入煤油和通入氮气以排气，当炉温回升至930℃时，就开始均温排气，同时加大煤油滴量并继续通氮。

3.排气期结束，渗碳期开始即停止通氮而送进空气。根据对碳势的要求，调节煤油滴量和空气送进量并调节炉气换气次数，装炉两小时后，取炉气进行色谱分析，依据分析结果，再调节炉气的换气次数。当炉气中的二氧化碳值控制在0.15～0.6%，炉气换气次数为0.6～1.1次/小时、炉压为20～70毫米水柱时，炉气成分为：甲烷小于1.5%、一氧化碳33～37%、氮45～51%、氢15～19%、碳势0.6～1.3%。

4.渗碳期结束即降温至860～880℃（降温过程煤油滴量和空气送进量不变）取渗件出炉淬火。

本发明使用的主要设备：

1.渗碳炉，去掉内马弗套的井式气体渗碳炉。

2.红外仪，用于测定和控制炉气中的二氧化碳值。

3.气相色谱仪，用于分析炉气成份。

4.气体流量计，用于控制与测量空气和氮气的送进量。

本发明的供气系统如图3，滴注煤油的控制系统如图4。

附图说明：

图1，在渗碳炉中“有”内马弗套的炉气单向循环流动和渗件受自下而上的炉气冲刷流线示意图。

A.炉气单向循环流动示意图。

1    定向转动的循环风扇。

2    导风板。

3    内马弗套。

4    炉罐。

B.渗件受自下而上的炉气单向冲刷流线示意图。

1    滞流区。

2    渗件。

在渗碳炉中，由于“有”内马弗套，循环风扇定向转动时，对炉气流动来讲，内马弗套起导向作用，使炉气沿着内马弗套单向循环流动，形成单一的层流。假定循环风扇定时改变转向，内马弗套中的炉气，仍然是自下而上地单向流动的层流。因而在“有”内马弗套的炉罐中，渗件只受自下而上的炉气冲刷，渗件上方存在滞流区。

图2，在渗碳炉中，去掉内马弗套的炉气顺逆循环流动和渗件各个表面受炉气冲刷的流线示意图。

A.炉气顺逆循环流动示意图。

1    定时改变转向的循环风扇。

2    导风板。

3    炉罐。

B.渗件各个表面受炉气冲刷的流线示意图。

B1    循环风扇顺转时，渗件受炉气冲刷的流线示意图。

1    渗件

2    紊流区

B2    循环风扇逆转时，渗件受炉气冲刷的流线示意图。

1    渗件

2    紊流区

图2由于在渗碳炉中，去掉了内马弗套，不仅操作方便、增加装炉量，减少电耗，节约能源，更主要的是配以循环风扇定时改变转向，使炉气由单一的层流变为周期性的紊流加层流，因而渗件各方面都能受到炉气的冲刷，渗件表面的渗碳更加均匀，渗速更快。

图3供气系统示意图

1    旋塞

2    空气过滤减压器

3    干燥器

4    截止阀

5    流量计

6    三通阀

7    流量计

8    截止阀

9    氧器减压器

10    氮气瓶

11    气体减压器

12    三通阀

13    膜盒压力计

14    气渗炉