專利名稱：真空滲碳方法、設(shè)備及滲碳制品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及真空滲碳方法、實(shí)施該方法的真空滲碳設(shè)備以及滲碳鋼制品。
先有技術(shù)描述滲碳處理非常廣泛地用作鐵和鋼的表面改進(jìn)方法，通常是在氣態(tài)環(huán)境中進(jìn)行氣體滲碳；然而，氣體滲碳具有的問題包括產(chǎn)生異常表層、滲碳爐結(jié)構(gòu)不適于高溫滲碳、產(chǎn)生碳黑、以及存在許多難以控制的滲碳條件等，為克服這些問題，人們發(fā)明了采用真空滲碳爐的真空滲碳方法。
在先有真空滲碳方法中，氣態(tài)飽和脂肪烴用作滲碳?xì)怏w。這樣，甲烷類氣體，例如甲烷氣(CH4)、丙烷氣(C3H8)和丁烷氣(C4H10)，用作氣態(tài)飽和脂肪烴；這些滲碳?xì)怏w直接輸入真空滲碳爐的加熱室，包括鋼材在內(nèi)的工件在加熱室中加熱至約900-1000℃，滲碳?xì)怏w在加熱室中熱解，在熱解過程中產(chǎn)生的活性炭滲入鋼材表面，從而導(dǎo)致從鋼材表面滲碳和擴(kuò)散。
在上述情況下，為了充分向工件表面輸送滲碳?xì)怏w，必須使?jié)B碳?xì)怏w滲透工件的整個(gè)表面，因此使含有工件的加熱室保持真空，滲碳爐的壓力通過在輸入上述滲碳?xì)怏w時(shí)用泵抽送滲碳?xì)怏w或通過脈沖進(jìn)氣而改變。
在這方面，在先有真空滲碳方法中的體會(huì)是，烴類通常應(yīng)當(dāng)用作滲碳?xì)怏w，以便產(chǎn)生強(qiáng)有力的滲碳，在烴類中，采用如上所述象甲烷類氣體這樣的氣態(tài)飽和脂肪烴。
本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的道理是，甲烷類氣體在對(duì)鋼材進(jìn)行滲碳的最高達(dá)約1100℃的溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定，當(dāng)分子量增大時(shí)，盡管穩(wěn)定性減少，并產(chǎn)生碳黑，但滲碳能力會(huì)增強(qiáng)，同時(shí)可以理解，氣態(tài)不飽和脂肪烴，例如炔屬氣體，比甲烷類氣體不穩(wěn)定，其熱解進(jìn)行得比滲碳好，所以這類氣體在用作滲碳?xì)怏w時(shí)只會(huì)產(chǎn)生碳黑，因而根本不適于用作滲碳?xì)怏w〔參見Kawakami和Gosha“金屬表面滲碳處理”(“Kinzoku hvomenkoka shori gijutsu”“Metal surface hardening treatments”)MikiShoten(1971，10，25)139頁〕。
因此，在實(shí)踐中只有氣態(tài)飽和脂肪烴甲烷類氣體，例如甲烷氣(CH4)、丙烷氣(C3H8)和丁烷氣(C4H10)，用作滲碳?xì)怏w，而氣態(tài)不飽和烴炔屬氣體一直被忽略。
雖然常規(guī)真空滲碳方法己經(jīng)解決了氣體滲碳的質(zhì)量問題，但該方法仍存在下列問題。
這些問題包括以下方面。
1.產(chǎn)生大量碳黑，這使日常維護(hù)管理混亂而骯臟。
2.在不減少送入加熱室中的工件的數(shù)量和不增加氣量的情況下很難均勻滲碳。
3.不適于對(duì)工件中的小直徑孔洞和窄縫進(jìn)行滲碳。
4.設(shè)備費(fèi)用高，因而妨礙特殊應(yīng)用。
5.與氣體滲碳相比，該方法產(chǎn)率低，且處理費(fèi)用高。
先有滲碳?xì)怏w的熱解機(jī)理由下式表示。
在上式中，〔C〕為產(chǎn)生滲碳作用的活性炭。在滲碳爐內(nèi)工件表面之外的空間中分解的活性炭只會(huì)變?yōu)樘己?，這就是在真空滲碳中產(chǎn)生碳黑的原因。
減少產(chǎn)生上述碳黑的措施包括以下方面。
a.采用由惰性氣體稀釋的滲碳?xì)怏w(氣壓如先有方法)，以使?jié)B碳爐內(nèi)的滲碳?xì)怏w盡可能稀薄。
b.適度混合氧源(例如醇)與滲碳?xì)怏w，使不產(chǎn)生異常表層，從而使活性炭部分作為CO用于滲碳，過量的CO氣從滲碳爐中排出。
c.減少碳黑之外的其他有利措施包括在工件表面附近形成等離子體，使稀釋的滲碳?xì)怏w電離，并有效地利用電離的滲碳?xì)怏w對(duì)工件表面的吸引力，因此在剩余爐內(nèi)空間中分解所產(chǎn)生的碳黑很少(等離子體滲碳)。
上述所有措施均可減少形成碳黑的量，但這些措施的問題是，由于設(shè)備和方法的費(fèi)用較高而失去真空滲碳固有的優(yōu)點(diǎn)。
此外，當(dāng)充填的工件之間的縫隙不適當(dāng)，或當(dāng)工件具有小直徑孔洞或窄縫(因?yàn)樵诳锥椿蚩p隙內(nèi)深部不能獲得充分的滲碳表面深度)，或當(dāng)鄰近的工件相互靠得太近時(shí)，如果力求獲得均勻的滲碳，就不能避免采用甲烷類氣體作為滲碳?xì)怏w進(jìn)行真空滲碳所伴隨的滲碳表面深度的變化。例如，在滲碳爐中，在裝有氣體循環(huán)裝置、氣體混合裝置或高速噴氣裝置的加熱室中進(jìn)行滲碳處理時(shí)，如果工件中顯示有直徑4mm，深28mm的孔洞，在該孔洞底部的有效滲碳表面深度為約0.30mm，與此不同，在工件外表面的有效滲碳表面深度為約0.51mm。
可以認(rèn)為，這種滲碳表面深度的變化是由于氫原子數(shù)目比碳原子數(shù)目多，在加熱室中進(jìn)行分解，產(chǎn)生原子碳時(shí)，由分解產(chǎn)生的氣體中有過多的氫分子，這就減少了滲碳分子的平均自由程。
因此，為進(jìn)行滲碳處理，確保在小直徑孔洞的內(nèi)壁表面上可獲得要求的滲碳表面深度，可通過向孔洞輸送碳，或通過輸入多于需要的滲碳?xì)怏w并流動(dòng)混合該氣體來進(jìn)行滲碳處理，而這會(huì)導(dǎo)致增加產(chǎn)生的碳黑的量。
發(fā)明概述本發(fā)明是對(duì)如上所述問題的答復(fù)，其目的是提供真空滲碳的方法、設(shè)備和滲碳鋼制品，本發(fā)明方法可減少碳黑的產(chǎn)生，可以在包括較深凹陷內(nèi)壁的整個(gè)工件表面上均勻滲碳，同時(shí)節(jié)約使用的氣量和熱量。
在本發(fā)明的真空滲碳方法中，通過在真空滲碳爐的加熱室中真空加熱鋼材工件，并向加熱室輸送滲碳?xì)怏w進(jìn)行滲碳處理。
本發(fā)明的特征在于，氣態(tài)不飽和脂肪烴用作滲碳?xì)怏w，在加熱室的真空度≤1kPa的情況下進(jìn)行滲碳處理。
采用炔屬氣體，尤其是乙炔氣，作為上述氣態(tài)不飽和烴是合乎要求的。
此外，本發(fā)明的真空滲碳方法可適用于使氮(N)與碳(C)同時(shí)滲入鋼材表面的碳氮共滲處理，以及簡單的真空滲碳。在這種情況下，除了作為滲碳?xì)怏w的乙炔氣之外，可添加例如氨氣(NH3)作為氣態(tài)氮源。
同樣，本發(fā)明的真空滲碳設(shè)備具備含有加熱鋼材工件的加熱室的真空滲碳室。向上述加熱室輸送炔屬氣體的滲碳?xì)怏w源、以及將加熱室抽真空的抽真空源，其持征為真空滲碳在≤1kPa下進(jìn)行。
此外，采用本發(fā)明方法滲碳的鋼制品具有內(nèi)徑為D的盲孔，其中使該盲孔的內(nèi)壁滲碳，其特征在于，在上述盲孔內(nèi)壁表面上，滲碳表面深度確實(shí)均勻的區(qū)域從該盲孔的開口端延伸到深度L，其中深度L為12-50。
為實(shí)現(xiàn)無碳黑真空滲碳(減壓氣體滲碳)，要求在滲碳爐內(nèi)除了對(duì)滲碳直接產(chǎn)生作用的碳之外無任何分解，因此要求輸入滲碳爐中的碳源盡可能分解，或只在工件表面反應(yīng)，或在爐體上或爐體內(nèi)的空間中不分解或不反應(yīng)。
從以上情況看，要求滲碳?xì)怏w為化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定的活潑氣體，而不是在先有真空滲碳方法中用作滲碳?xì)怏w的穩(wěn)定的甲烷類氣體。
因此，在本發(fā)明的真空滲碳方法中，比甲烷氣或丙烷氣這樣的飽和脂肪烴氣體的化學(xué)性質(zhì)更活潑，反應(yīng)和分解更迅速的不飽和脂肪烴氣體用作滲碳?xì)怏w。
但是，如果在滲碳爐中靜止的時(shí)間超過適當(dāng)限度，采用上述不穩(wěn)定氣體比在先有技術(shù)中采用飽和烴類時(shí)更容易由熱解產(chǎn)生碳黑，因此必須嚴(yán)格限制滲碳?xì)怏w在爐內(nèi)停留的時(shí)間，并且必須在滲碳?xì)怏w足以在工件表面進(jìn)行反應(yīng)和分解，但不足以進(jìn)行熱解的時(shí)間內(nèi)將該氣體排出爐外。
因此，與先有真空滲碳方法相比，在本發(fā)明的真空滲碳方法中，真空滲碳方法在爐內(nèi)壓力非常低(1kPa)的情況下進(jìn)行，以便縮短滲碳?xì)怏w在滲碳爐中停留的時(shí)間，因此分解反應(yīng)在工件表面進(jìn)行，而在爐內(nèi)空間中幾乎無任何碳黑產(chǎn)生。
同樣，為了除去輸入在工件表面分解的碳后產(chǎn)生的組合氣體，以及分配新輸入的氣體，在先有真空滲碳方法中使新輸入氣體的壓力稍高(15-70kPa)，利用例如由風(fēng)扇或由脈沖輸入氣體在滲碳爐內(nèi)混合來降低壓力，從而減少組合氣體，而新的高壓氣體在脈沖下輸入，以確保向工件表面輸送的碳量。自然，這意味著輸入的滲碳?xì)怏w遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于滲碳所需，從而助長產(chǎn)生更多的碳黑。
相反，在本發(fā)明的真空滲碳方法中，氣態(tài)不飽和脂肪烴用作滲碳?xì)怏w，乙烯氣(C2H4)或乙炔氣(C2H2)是與以前采用的甲烷類氣體不同的氣態(tài)不飽和脂肪烴，其區(qū)別在于這類不飽和脂肪烴的氫原子數(shù)相對(duì)于碳原子數(shù)來講比較少。
因此，當(dāng)上述滲碳?xì)怏w在加熱室中分解，產(chǎn)生原子碳時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生很多象氫氣這樣的分解氣體的分子，所以可減少可能阻礙滲碳?xì)怏w分子與工件接觸的氫氣分子數(shù)。結(jié)果，由于在滲碳處理過程中的壓力較低，且滲碳?xì)怏w分子的平均自由程延長，滲碳?xì)怏w分子容易滲入工件中深凹陷周圍的內(nèi)壁；此外，由于滲碳?xì)怏w分子的化學(xué)性質(zhì)活潑，它們屬于可迅速分解的不飽和烴，因此它們可在短時(shí)間內(nèi)，甚至在尚未經(jīng)受長時(shí)間的高溫時(shí)即與工件表面迅速反應(yīng)，與此同時(shí)，附著的原子碳可進(jìn)入工件表面，這意味著工件各部分可均勻滲碳。
滲碳爐內(nèi)的壓力越低，上述滲碳的均勻性就越好。在這方面，在具有內(nèi)徑為D的盲孔的工件中，當(dāng)滲碳處理在0.02kPa的爐內(nèi)壓力下進(jìn)行時(shí)，總體滲碳表面深度幾乎均勻的區(qū)域的深度L最高達(dá)L/D為36。若使?fàn)t內(nèi)壓力更低，總體滲碳深度幾乎均勻的區(qū)域的深度L最高將達(dá)L/D為50。采用先有氣體滲碳、真空滲碳或等離子體滲碳方法自然不能獲得以上數(shù)據(jù)。
在本發(fā)明中，滲碳處理在遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于先有真空滲碳方法的≤1kPa下進(jìn)行，因此，從通過抽真空方式向加熱室供氣到排氣之間的時(shí)間，即氣體在加熱室中停留的時(shí)間，縮短，以便保持較低壓力。由于停留時(shí)間較短，在該短時(shí)間內(nèi)尚未分解的滲碳?xì)怏w可在它于加熱室中可能分解并產(chǎn)生碳黑之前從加熱室中排出，從而可防止在加熱室中產(chǎn)生碳黑。
因此，雖然不穩(wěn)定且分解迅速的氣態(tài)不飽和烴用作滲碳?xì)怏w，但可以在防止產(chǎn)生碳黑的同時(shí)使工件滲碳，而不阻礙滲碳處理，因?yàn)樗枇康臐B碳?xì)怏w可通過在短時(shí)間內(nèi)與工件表面接觸而分解，從而產(chǎn)生滲碳，而未分解的易產(chǎn)生碳黑的滲碳?xì)怏w立即與分解后產(chǎn)生的氣體(氫氣等)一起從加熱室中排出。分解所產(chǎn)生的氣體在短時(shí)間內(nèi)也從加熱室中排出這一事實(shí)也會(huì)有助于進(jìn)一步擴(kuò)展?jié)B碳?xì)怏w分子的平均自由程，并有助于工件各部分的均勻滲碳。
此外，通過測定由真空泵排出的滲碳?xì)怏w的量可適當(dāng)調(diào)整輸入加熱室的滲碳?xì)怏w的量，由此使采用的滲碳?xì)怏w的量保持最小。
另外，由于在本發(fā)明的真空滲碳方法中采用可迅速反應(yīng)和分解的化學(xué)性質(zhì)活潑的氣態(tài)不飽和脂肪烴作為滲碳?xì)怏w，該氣體可與工件表面迅速反應(yīng)，并可迅速分解，從而產(chǎn)生滲碳，而無需象在先前采用甲烷氣那樣輸入多于需要的滲碳?xì)怏w，因而輸入的氣量可減少至碳原子數(shù)為工件表面滲碳所需總碳量的大約兩倍。在這方面，在先有真空滲碳方法中，數(shù)十倍于需要量的滲碳用碳輸入滲碳爐。此外，在本發(fā)明的真空滲碳方法中，滲碳在≤1kPa的低壓下進(jìn)行，因此加熱室本身顯示對(duì)加熱室外部有絕熱作用，所以只有很小的熱輻射損失，從而可減少為保持加熱室內(nèi)溫度所需的熱量。
因此，本發(fā)明的真空滲碳方法產(chǎn)生的顯著利益在于，盡管敢于采用由于僅僅易產(chǎn)生碳黑而在先有技術(shù)中被忽略的氣態(tài)不飽和脂肪烴類作為滲碳?xì)怏w，但與先有真空滲碳方法相比，本方法可減少碳黑的產(chǎn)生，可使包括較深凹陷內(nèi)壁表面的工件各部分均勻滲碳，并可減少所用氣量和熱量。
此外，采用本發(fā)明的真空滲碳方法時(shí)，由于加熱室內(nèi)部保持≤1kPa的低壓，因此加熱室顯示對(duì)該室外部有絕熱作用；從而減少對(duì)真空室本身進(jìn)行水冷或熱絕緣的需要，因此，包括加熱室的真空室外壁的結(jié)構(gòu)只需考慮保持低壓，而無需具有特殊的絕熱結(jié)構(gòu)，這可有助于減少生產(chǎn)工序和降低生產(chǎn)成本。
順便提及，離子滲碳和等離子體滲碳方法為工件低壓滲碳的己知方法，但是采用這些滲碳方法時(shí)，如果工件含有較深凹陷，就不可避免產(chǎn)生滲碳變化，因?yàn)殡婋x的氣體不能到達(dá)凹陷底部，雖然采用這些方法產(chǎn)生的碳黑比采用先有真空滲碳方法時(shí)少，但碳黑的產(chǎn)生不能減少到象本發(fā)明真空滲碳方法一樣；此外，這些方法還具有設(shè)備費(fèi)用較高的缺點(diǎn)。
當(dāng)烯屬氣體或炔屬氣體用作氣態(tài)不飽和脂肪烴時(shí)，使用乙炔氣其氫原子組份比乙烯氣少，它更活潑，也更容易進(jìn)行滲碳處理，因而可減少用量，并可降低處理費(fèi)用。
此外，除了作為滲碳?xì)怏w的乙炔氣之外，通過添加例如氨(NH3)作為氣態(tài)氮源進(jìn)行碳氮共滲處理，可以在低溫下淬火，從而減少變形。
附圖簡述圖1為表示本發(fā)明真空滲碳設(shè)備第一實(shí)施方案結(jié)構(gòu)的橫截面圖。
圖2為表示本發(fā)明真空滲碳爐運(yùn)行方式的示意圖。
圖3為采用本發(fā)明真空滲碳方法滲碳的樣品的橫截面圖。
圖4為表示實(shí)施本發(fā)明真空滲碳方法時(shí)滲碳表面深度與滲碳爐內(nèi)壓力以及碳黑產(chǎn)生之間關(guān)系的曲線圖。
圖5為表示采用本發(fā)明真空滲碳方法滲碳的樣品中整個(gè)滲碳層的橫截面圖，以及表示滲碳表面深度均勻性的曲線。
優(yōu)選實(shí)施方案描述下面根據(jù)


本發(fā)明實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)。
圖1為表示本發(fā)明真空滲碳設(shè)備實(shí)施方案結(jié)構(gòu)的簡圖真空滲碳爐1具備由真空室4包復(fù)的加熱室2，和與加熱室2連接的冷卻室3。
加熱室2由在高溫真空環(huán)境和空氣中化學(xué)性質(zhì)和機(jī)械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的放熱裝置2a和熱絕緣材料2b組成。經(jīng)過重結(jié)晶處理的碳化硅放熱裝置或具有在表面形成的氧化鋁噴涂層的這種放熱裝置可用作放熱裝置2a。高純陶瓷纖維可用作熱絕緣材料2b。冷卻室3的外壁由真空室4的部分構(gòu)成，冷卻室3具有油罐3a。
抽真空源V與加熱室2及冷卻室3連接；加熱室2也與可提供乙炔氣的溶入丙酮中的乙炔氣滲碳?xì)怏w源C連接，冷卻室3與氮?dú)獾榷栊詺怏w源G連接，冷卻室3可加壓至大氣壓或大氣壓以上。
在加熱室2的入口端有加料門5，在出口端有中門6，在冷卻室3的出口端有出料門7內(nèi)部傳送裝置8將工件M從加熱室2的入口端傳送到冷卻室3的出口端。在冷卻室3中有垂直傳送平臺(tái)9，用于把工件M放入油罐3a中和從油罐3a中取出。此外，在加熱室2a中，在內(nèi)加料門5a和內(nèi)中門6a之間有加熱部分，該部分端口封閉。
下面參照?qǐng)D2說明采用以上述方式組成的真空滲碳設(shè)備的真空滲碳方法。加熱室2在大氣壓下預(yù)熱至要求溫度。
步驟1打開加料門5和5a，將第一工件M1送入加熱室2，然后立即關(guān)閉加料門5和5a。
步驟2加熱室2由抽真空源V抽真空至真空度為0.05kPa，同時(shí)將第一工件M1真空加熱至要求溫度(900℃)，然后，乙炔氣從滲碳?xì)怏w源C輸入加熱室2(這時(shí)加熱室2內(nèi)部壓力變?yōu)?.1kPa)，進(jìn)行滲碳。停止輸送乙炔氣，在加熱室2內(nèi)的真空度再次為0.05kPa的情況下進(jìn)行擴(kuò)散，當(dāng)溫度降至850℃的淬火溫度時(shí)進(jìn)行浸泡熱處理。同時(shí)冷卻室3抽真空。
步驟3打開中門6和6a，用內(nèi)部傳送裝置8將第一工件M1移到冷卻室3中的垂直傳送平臺(tái)9上，然后立即關(guān)閉中門6和6a。
步驟4當(dāng)垂直傳送平臺(tái)9下降到使第一工件M1淬火時(shí)，通過從惰性氣體源G輸入惰性氣體將冷卻室3加壓至大氣壓或大氣壓以上。在上述過程中，將空氣導(dǎo)入高溫加熱室2，使該室達(dá)到大氣壓，然后打開加料門5和5a，將第二工件M2送入加熱室2，隨后立即關(guān)閉加料門5和5a。順便提及，將冷卻室加壓至大氣壓或大氣壓以上的原因是為防止導(dǎo)入加熱室2的空氣進(jìn)入冷卻室3。
步驟5提升垂直傳送平臺(tái)9，打開出料門7，立即將第一工件M1送到爐1外面，立即關(guān)閉出料門7，然后真空冷卻冷卻室3。同時(shí)如步驟2處理第二工件M2。
此后，通過重復(fù)步驟3-5正常進(jìn)行接續(xù)工件的滲碳。
圖3表示以上述方法滲碳的工件實(shí)例的橫截面圖外徑20mm，長30mm的工件樣品10具有內(nèi)徑6mm，深28mm的盲孔11和內(nèi)徑4mm，深28mm的盲孔12，將300件上述工件同時(shí)放在寬400mm，長600mm和高50mm的平板架上，將6塊這種平板架一個(gè)疊一個(gè)地放入加熱室2中，當(dāng)工件在滲碳溫度為900℃，滲碳時(shí)間為40分鐘，擴(kuò)散時(shí)間為70分鐘，淬火溫度為850℃的條件下處理時(shí)，各工件的有效滲碳表面深度t0為約0.51mm，小直徑盲孔12底部的有效滲碳表面深度t2為約0.49mm。因此，說明采用本實(shí)施方案的真空滲碳方法可均勻地進(jìn)行工件各部分的滲碳處理，滲碳變化為約0.02mm。
此外，甚至在幾百次重復(fù)上述試驗(yàn)之后，在加熱室2中仍未發(fā)現(xiàn)任何碳黑堆積。同樣，當(dāng)樣品中含有長度為上述樣品10的幾乎兩倍的內(nèi)徑4mm，深50mm的盲孔時(shí)，以同樣的方法使該樣品滲碳，其外表面的有效滲碳表面深度與盲孔底部的有效滲碳表面深度之間的差可降至約0.03mm，表明采用本實(shí)施方案的真空滲碳方法可進(jìn)行工件各部分的均勻滲碳。
在這方面，當(dāng)采用先前的甲烷類氣體作滲碳?xì)怏w，通過先有真空滲碳方法使工件10滲碳時(shí)，盡管滲碳進(jìn)行約兩倍的時(shí)間，并且向加熱室2輸送≥10倍的滲碳?xì)怏w，仍然產(chǎn)生滲碳變化，工件樣品10外表面的有效滲碳表面深度為0.51mm，而內(nèi)徑為4mm的盲孔12底部的有效滲碳表面深度為0.30mm。此外，采用先有真空滲碳方法，重復(fù)滲碳5-20次即燒焦，大量碳黑堆積在加熱室2中，因而必須清除。在通常進(jìn)行的氣體滲碳中，不能期望滲碳作用會(huì)延伸到盲孔12底部。
順便提及，即使乙炔氣用作滲碳?xì)怏w，在本發(fā)明的真空滲碳方法中，通過在加熱室內(nèi)真空度≤1kPa的情況下進(jìn)行滲碳也可以避免滲碳工件的易變性，并且可以在減少碳黑產(chǎn)生的同時(shí)進(jìn)行滲碳；但是，在加熱室內(nèi)壓力超過1kPa的情況下進(jìn)行滲碳處理是不希望的；這會(huì)使得很難減少碳黑的產(chǎn)生，而且滲碳也會(huì)變得不均勻。
通過進(jìn)一步降低加熱室內(nèi)的壓力可增強(qiáng)本發(fā)明方法的有利之處，加熱室本身的絕熱作用也會(huì)顯得更有效，以至水冷或絕熱等變?yōu)椴恍枰?，從而可突出?jié)能的益處，因而，從這個(gè)觀點(diǎn)看，要求在加熱室內(nèi)的壓力優(yōu)選降至≤0.3kPa，更優(yōu)選降至≤0.1kPa的情況下進(jìn)行滲碳處理。
圖4為表示滲碳表面深度與滲碳爐內(nèi)壓力以及碳黑產(chǎn)生之間關(guān)系的曲線，其中采有乙炔氣，在930℃下對(duì)具有直徑6mm，深27mm的盲孔的直徑20mm，長30mm的樣品(SCM415)進(jìn)行滲碳處理，保溫時(shí)間、滲碳時(shí)間和擴(kuò)散時(shí)間(參見圖2)分別為30分鐘、30分鐘和45分鐘。曲線A表示盲孔底部滲碳表面深度的變化，曲線B表示在工件樣品表面滲碳表面深度的變化。
由圖4看出，當(dāng)滲碳爐內(nèi)的壓力≤1.0kPa時(shí)，對(duì)于樣品表面來講可獲得幾乎不變的滲碳表面深度。但是，為了使盲孔內(nèi)外滲碳均勻，要求滲碳爐內(nèi)的壓力≤0.3kPa。
查看碳黑的產(chǎn)生只要滲碳爐內(nèi)的壓力≤1.0kPa，就沒有任何問題。
圖5為表示通過對(duì)具有深175mm，內(nèi)徑3.4mm的盲孔的外徑20mm，長182mm的樣品(SCM415)實(shí)施本發(fā)明的滲碳方法所形成的滲碳層狀態(tài)的橫截面圖，以及表示滲碳均勻性的曲線。在這種情況下，滲碳爐內(nèi)溫度為930℃，滲碳爐內(nèi)壓力為0.02kPa，滲碳時(shí)間與擴(kuò)散時(shí)間之和為430分鐘；樣品如上所述送入。
由圖5看出，在盲孔內(nèi)壁中，從盲孔開口縱深122mm內(nèi)可獲得總體滲碳表面深度(2.1mm)幾乎均勻的區(qū)域，而在深度156mm處，總體滲碳表面深度變?yōu)榱?。因此，如果盲孔?nèi)徑為D，從盲孔開口端總體滲碳表面深度幾乎均勻的區(qū)域的深度為L，該區(qū)域可在L/D達(dá)36的范圍內(nèi)獲得。這樣，滲碳爐內(nèi)壓力越低，滲碳的均勻性就越好，因而可通過進(jìn)一步降低滲碳爐內(nèi)的壓力使總體滲碳幾乎均勻的區(qū)域的深度L達(dá)到L/D為約50。
權(quán)利要求
1.一種真空滲碳方法，其中通過在真空滲碳爐的加熱室中真空加熱鋼材工件，并向加熱室輸送滲碳?xì)怏w進(jìn)行滲碳處理，該方法的特征在于，氣態(tài)不飽和脂肪烴用作滲碳?xì)怏w，和滲碳處理在加熱室的真空度不大于1kPa的情況下進(jìn)行。
2.權(quán)利要求1的真空滲碳方法，其中所述不飽和脂肪烴包括炔屬氣體。
3.權(quán)利要求2的真空滲碳方法，其中所述炔屬氣體包括乙炔氣。
4.權(quán)利要求1的真空滲碳方法，其中通過向滲碳?xì)怏w中添加氣態(tài)氮源進(jìn)行碳氮共滲處理。
5.一種真空滲碳設(shè)備，包括配有加熱包括鋼材的工件的加熱室的真空滲碳爐、向加熱室輸送炔屬氣體的滲碳?xì)怏w源、以及使加熱室抽真空的抽真空源，其中真空滲碳在不大于1kPa下進(jìn)行。
6.一種具有盲孔的滲碳鋼制品，其中使盲孔內(nèi)壁滲碳，該盲孔內(nèi)徑為D，盲孔內(nèi)壁中滲碳表面深度幾乎均勻的區(qū)域的深度為L，其特征在于L/D為12-50。
7.權(quán)利要求6的滲碳鋼制品，其中L/D為12-36。
全文摘要
一種滲碳處理方法,包括在真空滲碳爐的加熱室中真空加熱工件,從滲碳?xì)怏w源向加熱室輸送乙炔氣,以及通過抽真空源使加熱室內(nèi)真空度保持1kPa或低于1kPa。因此,可以在防止碳黑產(chǎn)生以及節(jié)約所用氣量和熱量的同時(shí)使包括工件深孔內(nèi)壁的工件各部分均勻滲碳。
文檔編號(hào)C23C8/08GK1184510SQ96194022
公開日1998年6月10日 申請(qǐng)日期1996年3月28日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月29日
發(fā)明者久保田健 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日本H