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离子渗碳与气体渗碳的比较.doc

离子渗碳与气体渗碳的比较

陆小花
2017-11-14 0人阅读 举报 0 0 0 暂无简介

简介:本文档为《离子渗碳与气体渗碳的比较doc》,可适用于战略管理领域

离子渗碳与气体渗碳的比较离子渗碳与气体渗碳的比较任慧远,张天强,包耳,杨利,田绍洁,刘承仁,,(盘起工业(大连)有限公司,,,,,,,(大连民族学院机电系,,,,,,,(大连开发区圣洁真空技术开发有限公司辽宁大连,,,,,,摘要:对离子渗碳和气体渗碳的条件使用的设备工艺参数、特点、渗碳层的组织和性能以及经济效益进行了总结和对比发现离子渗碳和传统的气体渗碳相比的优点是(,)可成倍缩短渗碳时间(,)渗层均匀组织细密(,)工件无氧化和少氧化(,)可精确控制渗碳层深度(,)表面光洁(,)无公害运行(,)节能(,)成本低(,)节省渗剂(,,)设备保养与维修简单使用寿命长(,,)可实现高浓度渗碳及对难渗碳材料进行渗碳(,,)设备柔性好多用途(,,)生产效率高只要渗层相同可同时装炉处理单件小长件、小孔等特殊形状及需要局部处理的多类工件(,,)工件变形小(,,)工艺过程易于实现自动化。关键词:离子渗碳气体渗碳,(离子渗碳和气体渗碳的条件气体渗碳是渗剂通入到炉内产生分解的碳原子被工件的吸附扩散的过程这个过程是通过气氛与工件之间近于平衡的水煤气反应而实现的因此传统的渗碳是在大气压下进行且用风扇使气体围绕工件循环流动而采用氧探头进行很好碳势控制从而更精确地控制工艺过程,,,。离子渗碳是在,,,以上的温度及一定的真空度下通入含碳的气体(如丙烷、甲烷等)以工件为阴极通人直流电产生辉光放电在高温及阴阳极之间气体被分解、电离带有阳极电位的碳离子向阴极(工件)运动在距工件表面的辉光区含碳的离子被加速轰击到工件表面时铁原子被溅击出来与含碳的离子化合成为带正电荷的碳化三铁吸附在工件表并向工件基体内扩散。由于溅射效应工件表面形成一定深度的位错为表面迅速形成的高碳区的碳原子的快速扩散提供了有利的条件而随之产生的氢气在离子轰击时对工件表面进行清洗始终处于活性状态迅速建立高的碳势加快扩散速度因此离子渗碳的速度可以比气体渗碳速度提高,,,至几倍差不多可达到,(,,,,,分的渗速〔,〕因此节省了大量的能源并使成本大大降低。离子渗碳和气体渗碳的设备传统的气体渗碳常使用的是各种型号的井式渗碳炉还有可倾式鼓形回转炉推杆式连续炉和网带式连续炉近年来更多的厂使用可控气氛的多功能箱式炉来完成渗碳工作。离子渗碳炉有卧式和井式两种由大连开发区圣洁真空技术开发有限公司引进的专利技术制造生产的新型井式离子渗碳多用炉适应了用户的多种需求最高温度可达,,,,功率:,,,,,,,炉膛直径:,,,,,,,,,,,,炉膛高度:,,,。,,,,年应韩国水山重工业株式会社要求大连海事大学采用专利技术为该厂设计的装炉量,吨的井式离子渗碳多用炉外型尺寸为夺,,,,,,,,,,,炉膛有效尺寸为中,,,×,,,,,瑚加热功率为,,,,,最高使用温度,,,,。,配有,,,,,,,,,,,的脉冲电源这种设备装炉量大可处理任何形状的大型零件工件渗碳,】,,后降温至,,,、保温,小时可立即出炉淬火产品质量完全达到了工艺要求并且大大提高了生产效率且较气体渗碳节约,,万元人民币,月。该炉型可同时用做离子氮化离子渗碳等多种真空热处理工艺达到一炉多用。,(离子渗碳和气体渗碳工艺参数的作用气体渗碳主要是通过调整渗碳温度、气体的通入量、强渗和扩散时间来控制渗碳工件的表面碳浓度和渗层深度可控气氛多功能箱式炉中的渗碳则通过氧探头控制炉内气氛的氧含量来自动调节渗碳气氛的通入量而达到工艺要求的表面碳渗度和渗层深度。离子渗碳则是通过控制强渗时间与扩散时间的关系即可得到规定的表面碳浓度。通过选择扩散时间和渗碳时间之比值可以很容易地改变表面碳浓度如果改变扩散时间仅略微改变表面碳浓度对渗层深度无影响。离子渗碳比气体渗碳速度快的另一个原因是当渗碳时仅在几分钟内试样表面即为碳所饱和在这种情况下钢件表面碳原子达到饱和所需的时间比气体渗碳所需时间至少小一个数量级。有资料比较了大型轴承经气体渗碳和离子渗碳试验结果两种方法可得到同样的渗碳层但离子渗碳法可节省时间,,,〔,〕有资料用,,,,,全硅酸铝纤维气体渗碳炉气体渗碳和离子渗碳炉离子渗碳两种工艺的技术比较见表,、数据比较见表,、检查报告见表,,,。表,气体渗碳与离子渗碳技术比较项目气体渗碳离子渗碳备注,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,原料气体离子渗碳气氛中无氧气,,,,,等,,处理气压,,,,,,,,或以上,,,(,,,,,,,,,气体渗碳的处理温度在能满足反应处理温度,,,以下,,,,以上也可能温度范围内进行最大硬化深度,,,可以存在用工艺变量可以调节,,,以上离子渗碳可以做高浓度渗碳表面异常层气体渗碳有黑色组织离子渗碳没有晶粒度比较大比气体渗碳细对同一硬化深度离子渗碳时间短离子渗碳不存在表面缺陷抗弯曲耐疲劳特性一般比较良好疲劳特性良好(提高,,,,,,,)耐磨性一般比较良好热源外部热源外部热源辉光放电离子渗碳的能源效率比气体渗碳高离子渗碳得到,,,有效硬化深度的处理时间,小时,小时时间比气体渗碳少,,,,,,,,。流入量中,,,成为大气污染发生极少量废气未返应,,与,,,废气作业环境一般良好离子渗碳工作环境清洁可以处理渗碳钢、高合处理材质渗碳钢金钢、烧结品等渗碳层的均匀性随离子渗碳内和尖端部位处理形状形状与位置而变化。都可以均匀渗碳,,,,,,,表,气体渗碳与离子渗碳比较项目气体渗碳离子渗碳备注材质,,,,,,,,,,,,温度,,,,,,热处渗碳时间,,小时,小时理条使用气体,,,,,,,,,,,,,,,件渗碳工艺,,(渗碳),,(扩散),,(离子渗碳),,(扩散)真空度,。,,,,,,表面硬度,,,,,,,,,,,,,,分深层硬度,,,,,,,,,,,,,,析值渗碳深层,(,,(,,,,(,,,结构(组织)良好良好无晶界氧化表,检查结果报告书检查名称渗碳处理品硬度与结构检查日期,,,,年,,月,,日检查目的通过对新处理工艺渗碳零件的硬度与组织的检查研究设备及处理工艺的适用性与背景,(试片:渗碳试片,(材质:,,,,,,实验方法,(采取试料:螺纹断面部,(检坝(设备:光学显微镜维氏硬度试验器距表面,(,,(,,(,,(,,(,,(,,(,,(,,(,,,,心部深度结淬火硬度,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,果(,,)回火硬度,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,由数据可以看出离子渗碳保温时间较气体渗碳保温时间缩短了,,,渗层深度增加了,,,总工艺时间缩短了,,,。生产证明:工件要求的渗层深度越深各项指标越明显如,,,,,,,,,钢当渗层要求,,,以上时气体渗碳总的工艺时间需要,,,小时而离子渗碳只需要,,小时既能达到,(,,,生产效率是气体渗碳的,倍以上。对于气体渗碳比较困难的不锈钢材料及复杂形状工件离子渗碳也同样显示出它的优点〔,〕。,(渗碳层的组织性能及均匀性的对比(,)组织与性能的对比对于气体渗碳特别是深层渗碳为了达到工艺所要求的组织和性能渗碳后的工件必须空冷到室温后二次淬火。而离子渗碳时由于碳氮的渗入而形成的化合物相细化渗层组织阻碍晶粒长大过渡层的晶粒度稳定在,,,级以上渗层碳化物以极细小颗粒呈弥散分布。离子渗碳后可以直接随炉降温到,,,。,经短时间保温淬火及,,,。,回火后零件心部大一,,,多呈板条马氏体与孪晶马氏体的混合相这种心部组织对接触应力较大的工件提高使用寿命是非常有利的。试验也证明:离子渗碳较气体渗碳的残余奥氏体增加,,残余应力较气体渗碳高,,,。这种有综合性优点的渗层组织决定了它具有高的寿命。表,是,,,,,,,,钢离子渗碳和气体渗碳的检测结果。表,是接触度疲劳试验结果。表,是两种工艺的寿命与概率。可见离子渗碳接触疲劳强度平均提高,,(,,以上。表,不同工艺检测结果工艺渗层深度(,,)碳化物级别残余奥氏体(,)硬度表面,,,’一,,,(,,,,,(,,,)残余应力(,,,)气体,,,渗碳心部,,,,,离子表面,,,,一,,,(,,,,,,,,渗碳心部,,,,,,,,,,应力表,接触疲劳试验结果蔷,,,,,,,,,,,,,,,,,,,气体渗碳,,,组未坏,(,×,,,,(,×,,,,(,×,,,,(,×,,,,(,×,,,,(,×,,,离×,,,,(,,×,,,,(,×,,,,(,×子渗碳,,,组未坏,(,,,,,(,,,,,,(,×,,,,(,×,,,表,两种工艺的概率与寿命工艺,,(),,(,,,),(,,,),(,,,)气体渗碳,×,,,,,(,,(,,,,(,×,,,,(,×,,,,×,,,离子渗碳,×,,,,,,(,,,,(,×,,,,×,,,,(,×,,,(,)渗层的均匀性对比对几何形状复杂的工件进行气体渗碳常常要考虑渗层的均匀性问题如工件的转角处和齿轮的齿尖。而采用离子渗碳时离子化气体和带正电荷的工件之间的静电引力和适当的气压解决了上述的问题辉光层紧密地附着在零件外表面结果是足够的高能离子均匀地轰击工件较隐蔽的齿根部位和暴露在外面的部位因此对于小模数齿轮离子渗碳比气体渗碳的均匀性好一个小模数的齿根部位渗碳深度对节园线部位渗层深度之比为,,,而气体渗碳时这种特殊齿轮的这一比值通常为,,,。对于,,,,钢制巾,×,,通孔离子渗碳的研究分析表明小孔的渗碳是均匀的为渗碳试棒经剥层化学分析其表面含碳量为,(,,,并有微量的氮渗入并且具有良好的硬度梯度。,(经济效益对比(,)大连海事大学为韩国水山重工业株式会社设计的无罐井式离子渗碳炉投入使用后取得了明显的经济效益仅工时和气体两项的节约就达到,,,,,,(,,元人民币,月。(,)对,,,,,,钢渗层为,(,,,的工件进行气体渗碳和离子渗碳的经济效益对比如下:一,,,,(气体渗碳炉耗电量:升温阶段耗电量:,,,,,×,(,,,,,,,,,,,,,,,,,保温阶段耗电量:,,,,×,,,,,,,,,,,:风扇和泵耗电量:,(,,,×,,(,,,,,,,,,,(,,,,,,,(,,,,:每炉总耗电量:,,,,(,,,,按每度,(,,元计算合人民币,,,,(,,元,、离子渗碳耗电量计算升温阶段耗电量:,,,,,×,(,,,,,,,,,强渗阶段耗电量:,,,,×,,,,×,,,,,,,,×,,,,,,,,,扩散阶段,,,。,恒温,小时耗电量:,,,,×,,,,,,,,×,小时一,,,,,,真空泵耗电量:,(,,,×,,(,,,(,,,,,,,,,(,,,,,离子渗碳炉总耗电量为,,,(,,,,,按每度,(,,元计算合人民币,,,(,,元由此可见:气体渗碳经,,小时保温,,,,,,,渗碳层只有,(,,,而离子渗碳,小时就达到,(,,,生产效率较气体渗碳提高,(,,倍节电,,,。表,几种渗碳方法主要经济指标的参考数据在离子氮化炉中进行有外热源的离子碳比较项目气体渗碳真空渗碳离子渗碳氮共渗渗碳速度(,,,,,,,。,下,(,,,,,(,,(,,,,渗层耗时数)渗碳效率(扩散渗入碳量,渗,,,,,,,,,,,,,,,,剂耗碳量)直接耗电量(,,,,,,),(,,,(,(,(,,(,,(,耗气量(以炉内气压为准),,,,,,,,,,,,,,,,,,,生产成本(气体渗碳为,),(,,,(,,(,以,,,,,,,,钢为例。由于离子渗碳或碳氮共渗工艺的特点通过表,可初步看出不同工艺经济指标的差别。下边以工厂实际生产经济效益分隹山徊剿得髌涿飨缘木眯б妗(,)大型轴承环:,,,,,,,,,材料:,,,,,,,,,渗碳层要求:,,,现生产设备功率:,,,,,加热升温时间:,小时保温时间:,,,小时现以升温时间为满负荷功率保温时间为,,,负荷功率计算则每生产一炉总耗电量为,,,,,度,炉以每度电,(,,元计算每炉电费则为,,,,元。若每年工作日以,,,天计算设备利用率为,,,年开炉次为,,炉,年年耗电量为:,,,,,×,,,,,,,,,,度,年年电费用为:,,,,,,,,度,,(,,,,,,,,,元,年若采用本设备在功率不变、年开炉次、电费相同情况下保温时间由,,,小时,炉缩短到,,小时生产率就提高,倍年电量即可由,,,,,,,度下降到,,,,,,度电费由,,,,,,元,年降至,,,,,,元年节电量为,,,,,,度节省电费开资,,,,,,元。设备实动工时由每炉,,,小时缩短为,,小时即线炉节省工时,,,小时按每年,,炉次计算、节省实动工时,,,,小时以每小时,,元计算则:,,元×,,,,,,,,,元由此可见:就此两项年节省费用:,,,,,,,,,,,,,,,,,,元(,)齿轮厂齿轮厂要求渗层,(,,,(,,,的齿轮于,,,,,的气体渗碳炉中的渗碳现以升温时间为满负荷保温以总功率,,,计算。其中升温、排气时间为,小时保温时间为,,小时则:升温耗电量:,,,,河×,小时,,,,度,炉保温耗电量:,,,,,,,,×,,小时一,,,度,炉每炉总电量:,,,度,,,度一,,,度,炉电费以,(,,元,度计算:,,,度×,(,,,,,,(,元以每年,,,工作日设备利用率,,,计算(一班制)则每年开炉次数为,,,炉则年耗电量及金额为:,,,度×,,,,,,,,,,度,年,(,元×,,,,,,,,,,,,元,年若三班制则年耗电量及电费:,,,,,,×,,,,,,,,度,元,(,元×,,,,,,,,,,,,,元实动工时(按二人定员):,,小时×,,,小时,炉、班,,小时×,,,,,,,,小时、年、班若三班制则为,,,,小时×,,,,,,小时,年、班采用本设备设备加热功率,,,,,离子源功率,,,,总功率,,,,,升温及保温功率为:,,,,,升温及保温功率为:升温,,,,,保温功率为(,,,,),,,,,,保温时间,小时升温时间,小时则每炉耗电量为:,,,×,,,×,,,,,度,炉电费以,(,,元,度计算则总价值:,(,,×,,,,,,,(,元一,,,以年工作日设备利用率均与,,,,气体渗碳炉相同则年耗电量及金额为:,,,度,,,,,,,,,,,度,年,(,,×,,,,,,,,,,,元,年若三班制生产则所耗电量及电费:,,,,,,×,,,,,,,,度,年,,,,,×,,,,,,,元,年设备定员为二人实动工时:,×,,,小时,炉、班,,小时×,,小时,,,,小时,年、班若三班制实动工时为:,,,×,,,,小时,年、班由此可见:采用本设备年耗电量(以三班制计算)较,,,,,气体渗碳炉下降,,,,,,度价值,,,,,,元。实动工时减少,,,,,小时工时费减少,,,,,,元两项总节约价值达:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,元,(结论离子渗碳和气体渗碳相比有着如下的优点:(,)可成倍缩短渗碳时间(,)设备使用寿命长节省大量耐热材料。(,)渗层均匀(,)工件无氧化和少氧化变形小可减少加工余量(,)能够对在常压下难以处理的钢(如,,,,、,,,,,,)进行渗碳(,)工件无内氧化(,)节省渗剂无污染。参考文献,(李郁文、谭家骏选择渗碳工艺的条件国外金属热处理。,,,,(,,,一,(,,,(〔法〕,(,,,,,,,,,(,,,,离子渗碳的工业应用第三届国际材料热处理大会论文集,,,,(,,,,,,,,,,(瘳红霞蔡慰望离子渗碳时工艺参数的作用国外金属热处理。,,,,(,,,,,,,,(刘承仁离子渗碳技术及应用大连海事大学,,,,,,,,(日本电子工艺板株式会社等离子渗碳。,,,,,,,,(杨烈宇刘世永离子渗碳的工艺研究金属热处理。,,,,(,,,,,,,(刘承仁高温离子渗扩技术及应用大连海事大学。,,,,,,,,,,,

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