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                低壓高溫真空爐處理碳黑方法:低壓高溫真空爐如何處理碳黑

                文章出處:洛陽西格馬高溫電爐 人氣:139 發表時間:2019-06-25

                低壓真空爐處理碳黑方法:低壓真空爐如何處理碳黑.真空爐石墨加熱棒在不加熱時測量有電阻是什么原因?用真空泵抽出加熱室里炭黑,抽到炭黑罐子里(炭黑罐裝油),另外真空爐石墨加熱棒做迷宮式密封。

                針對相應的齒輪低壓真空淬火、齒輪低壓真空滲碳、高壓氣淬等較為先進的熱處理技術,其工藝和裝備是關注的兩條主線。企業的應用情況,裝備商配套的工藝如何,以及設備在使用、調試過程中存在的可以避免的問題等都是推廣真空低壓熱處理技術需要注意的地方。

                低壓滲碳和氣體滲碳相比,不僅可以形成無氧化物和無污染物的表面,而且把滲碳和氣淬結合起來,改善零件變形行為,提高滲碳溫度,減少間歇式處理的時間,大大降低了氣體和能量消耗,同時防止了炭黑的產生。

                高溫真空滲碳爐屬于真空爐的一種,真空滲碳爐即在爐膛這一特定空間內利用真空系統將爐膛內部分物質排出,使爐膛內壓強比標準大氣壓小,爐膛內空間從而實現真空狀態,這就是真空滲碳爐的原理。

                低壓真空滲碳爐發展

                針對傳統真空滲碳爐運行中存在的問題,對真空爐的結構進行大膽改造,研制出符合客戶工藝要求的低壓真空滲碳爐。華翔公司研發的HZC2-65雙室滲碳油淬氣冷真空爐,裝爐量能夠達到200kg。設計的雙室油淬加壓氣冷真空爐,已申請國家技術技術。

                真空滲碳爐主要有:雙室高壓氣冷真空爐、雙室油淬加壓氣冷真空爐、單室高壓氣冷真空爐(上下交替氣冷)、單室高壓氣冷真空爐(360℃氣冷)。雙室滲碳氣淬爐由于加熱室氣密門與傳送室分隔,加熱室始終處在熱態,故冷工件進入熱室時的升溫速率相對較高,因此節省了加熱時間,提高生產效率。

                (1)單室爐 單室滲碳氣淬爐,由于其結構特點決定,在每次進料和出料時必須打開爐門,使整個熱區暴露在大氣中,由于熱區中的部件多數為石墨材料,具有很高的吸氣率,所以每次上料之后,在加熱和抽真空過程中,工作真空度的建立需要相對長的時間。另外,由于在低溫狀態下進行真空加熱,其熱傳導主要靠對流傳遞,因此單室真空爐,必須裝有低溫對流加熱風扇并向爐內充氮氣,以提高低溫段的加熱速度,這樣不但使結構復雜化,也增加了生產成本。

                (2)雙室爐 熱區一直保持在真空和高溫狀態,在冷工件進入熱室時,爐溫基本降到750℃,在此溫度下進行真空加熱,熱量的傳遞主要靠輻射傳熱,因此雙室爐不需要安裝低溫對流加熱裝置即可達到快速加熱,基于上述原因,雙室真空爐相對單室真空爐有更快的加熱速度和更高的生產效率。

                真空滲碳爐結構

                真空滲碳爐一般由主機、爐膛、電熱裝置、密封爐殼、真空系統、供電系統、控溫系統和爐外運輸車等組成。密封爐殼用碳鋼或不銹鋼焊成,可拆卸部件的接合面用真空密封材料密封。為防止爐殼受熱后變形和密封材料受熱變質,爐殼一般用水冷或氣冷降溫。爐膛位于密封爐殼內。

                根據真空滲碳爐用途,爐膛內部裝有不同類型的加熱元件,如電阻、感應線圈、電極和電子槍等。熔煉金屬的真空爐爐膛內裝有坩堝,有的還裝有自動澆注裝置和裝卸料的機械手等。真空系統主要由真空泵、真空閥門和真空計等組成。?

                低壓真空滲碳工藝

                (1)低壓真空滲碳是一種改進的氣體滲碳工藝,滲碳時遠低于大氣壓,典型的壓力范圍是300~2500Pa。其點是鋼表面保持非常潔凈,因為沒有氣體的相互反應,真空環境下碳更快地到達鋼的表面。

                (2)滲碳時羥類氣體被引入滲碳室,裂解產生了活性碳原子,它們自由地滲入鋼的表面,而氫和剩余碳氫化合物的副產品被真空泵排除了系統。目前我們采用真空滲碳的羥類氣體是乙炔(C2H2)和丙烷(C3H8)。

                (3)在低壓真空滲碳中,羥類氣體的裂解是非平衡反應,意味著鋼表面很快能達到奧氏體中的碳飽和水平。通過重復多個強滲和擴散步驟,能夠獲得希望得到的碳分布和滲層深度。

                (4)低壓真空滲碳工藝的控制是基于擴散理論的“奧氏體碳含量飽和值控制法”,即整個滲碳過程由數個滲碳程序集合組成,每個滲碳程序包括強滲和擴散兩個階段。確定每個子滲碳程序的個數和每個滲碳程序包括強滲期、擴散期時間需要依據材料的成分、滲層深度的要求和表面碳濃度的要求,建立確定的數學模型后,利于計算機計算出來。

                低壓真空滲碳的特點

                (1)低壓真空滲碳,可以大幅度降低生產成本和大幅度提高設備利用率。這是因為低壓真空滲碳的氣氛非常簡單,強滲期僅需乙炔或丙烷,擴散期僅需氮氣,且壓力非常低,因此使用氣氛的成本顯著降低。另外,由于低壓滲碳設備和工藝的特點,可進行高溫滲碳,所以適當提高滲碳溫度,可大大縮短滲碳時間。

                (2)因低壓真空滲碳的控制系統能對滲碳工藝進行精度控制,因此所處理工件有良好重復性,且工件變形小,表面光亮,無需滲碳后再進行機械加工。

                (3)低壓真空滲碳技術有更大的靈活性,其設備可以作為立設備,也可以與冷加工連成一條生產線。設備本身既可以是周期式的,適合小批量,多品種的生產情況。也可以是連續式由多個加熱滲碳室、氣淬室、油淬室、進出料室、真空系統、工件自動運輸系統等組成,適合大批量生產情況。另外,開爐、停爐非常簡單,每爐開爐只需0.5h即可進入工作狀態。

                (4)低壓真空滲碳采用冷壁真空技術,無點火裝置,無失火危險,無污染,潔凈,安全,設備操作簡單,維修容易。

                低壓真空滲碳設備特點

                用戶可以根據不同要求對真空滲碳設備做出多種選擇:單室、雙室、三室。根據工件裝載方式不同可選擇:立式、臥式。根據工件淬火方式不同可選擇:油淬、氣淬。根據處理室功能不同,可以在設備中選擇預熱室、滲碳室、淬火室等??蛇x擇不同有效加熱區尺寸,以對應不同的裝爐量。設備可安裝在熱處理車間,也可與冷加工設備組成生產線。根據生產量,可是周期式真空滲碳設備,也可是生產線式真空滲碳設備。

                低壓真空滲碳設備具有多種用途,能靈活地實現多種熱處理工藝,如真空滲碳、真空碳氮共滲、真空滲碳+油淬、真空滲碳+氣淬,以及真空爐全部功能。并可用于對工業領域各類材料和零件進行相關熱處理。如12Cr2NI4A、12CrNi3A等高合金滲碳鋼的滲碳及滲碳后淬火,20CrMnTi等結構鋼的滲碳及滲碳后的淬火,1Cr13等不銹鋼的滲碳及滲碳后的淬火,H13、W6Mo5Cr4V2等工模具鋼的淬火、齒輪類零件、軸套類零件、精密軸承、油泵油嘴機械件、精密機械零件等的淬火和退火。

                滲碳油淬氣冷真空爐

                設備選用乙炔氣體作為滲碳碳源,可以有效解決選用滲碳甲烷或丙烷時氣體過早分解產生炭黑和焦油、滲碳不均勻、無法對小孔進行深層滲碳的問題。滲碳時在爐體內壁充N2作為保護氣體,防止對爐體造成污染。滲碳時產生的少量炭黑,通過專門的過濾裝置除去,避免了對環境和工件表面的污染。

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                齒輪在整個熱處理技術中,滲碳處理占相當大的比例。通過滲碳處理可實現在提高表面強度、硬度、耐磨、疲勞極限等性能的同時,還可保持心部的強韌性,使產品具有更高的綜合力學性能。真空滲碳與普通氣體滲碳相比具有以下特點:

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                 ?。?)可在較高溫度(980~1100℃)下進行,真空對工件表面有凈化作用,有利于碳原子被工件表面吸附,因而真空滲碳可加速滲碳過程。

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                 ?。?)工件在真空條件下滲碳,表面不脫碳,不產生晶界氧化,有助于提高零件的疲勞強度。

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                 ?。?)可直接將甲烷、丙烷或乙炔氣體通入真空爐內滲碳,無須添置氣體制備設備。

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                 ?。?)對于有盲孔、深孔、狹縫的零件,或不銹鋼、含硅鋼等普通氣體滲碳效果不好甚至難以滲碳的零件,真空滲碳都可獲得良好的滲碳層。

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                 ?。?)真空滲碳的耗氣量僅為普通氣體滲碳的幾分之一或十幾分之一。

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                 ?。?)對環境基本無污染。

                齒輪真空滲碳實例

                材料為18C r2N i4A,齒輪見圖1(m =2,z =30),齒面硬度58~62HRC,心部硬度31~44HRC,滲碳淬硬層深度0.8~1.2mm,碳化層級別1~6級,殘留奧氏體1~4級。

                工藝過程見圖2。滲碳過程見圖3。設備運行中(設備顯示屏見圖4、圖5),經檢驗金相組織符合技術要求。

                真空滲碳技術發展

                真空滲碳技術美國于1950年進行研究,1960年申請技術 ,真空滲碳技術初見端倪。1972年Hayes Co.發表了這項技術,促進了真空滲碳技術的應用和發展,美國、日本等國競相研制和開發真空熱處理設備。

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                與此同時,各公司的真空滲碳爐均是以真空淬火為主體的通用型真空爐附加滲碳功能,是冷壁型的。目前這種爐子仍是真空滲碳的主要設備,生產應用較廣。當真空滲碳溫度高于600℃時,丙烷易分解為碳、氫和甲烷,分解速率非???,幾乎瞬間完成,所以當丙烷氣進入加熱室內便開始分解,在被加熱工件的附近空間更是傾向于大量分解,使加熱室內極易形成炭黑,而在爐子中相對溫度較低的部位,如內殼或管道內,丙烷還形成焦油,對真空泵組極為有害。因而真空滲碳爐要求能夠排除或燒掉炭黑。

                目前國內大部分采用可控氣氛滲碳技術,但存在其無法克服的弊端。如可控氣氛滲碳無法解決表面內氧化、高溫滲碳層及深層滲碳的問題,氣體滲碳也難以對不銹鋼、含硅鋼進行滲碳等。

                在歐洲、美國、日本等地,低壓真空滲碳已經在汽車、機械、航空航天等領域獲得了廣泛的應用,呈現出逐漸替代可控氣氛滲碳的趨勢。尤其是在一些特定領域,更顯示出其卓越的性能,如盲孔類零件的長形噴油嘴針閥體、銷軸類零件的薄層滲碳等。這些件用一般的可控氣氛滲碳是比較困難的,而真空滲碳卻可輕易地加以解決。

                關于滲碳方式,在低壓真空狀態下,滲碳方式是通過數個子滲碳程序組成的,包括多個強滲和子擴散,所以此工藝方式又稱脈沖滲碳工藝方式。采取這種滲碳方式可以保證工件邊角不會產生過滲,也能夠保證工件表面不會積碳,形成炭黑。

                因為真空滲碳時,滲碳件被均勻加熱到滲碳溫度后,才通入滲碳氣體開始滲碳,并在滲碳過程中采用脈沖滲碳,所以滲碳層深度和表面含碳量都很均勻,滲碳層組織非常異,不存在網狀碳化物和晶間氧化的問題。

                (1)經濟效益和主要經濟效益指標 低壓真空滲碳爐在運行成本方面有著很強大的勢:加熱時間短、抽真空快速、滲碳氣體使用量少、淬火效率高、以及更長的使用壽命和更低的保養成本。該設備集真空滲碳和真空淬火于一體,僅一臺設備就可實現多種工藝要求,深得客戶青睞。

                (2)市場預測分析及市場營銷戰略 隨著低壓真空滲碳工藝和真空滲碳爐制造技術的進一步提高,真空滲碳的應用領域逐步推廣,需要可控氣氛所不可能應用和涉及的領域,用真空滲碳工藝及設備會很容易加以解決。

                此文關鍵詞: 低壓高溫真空爐處理碳黑方法:低壓高溫真空爐如何處理碳黑

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