吳平

（長(zhǎng)沙中傳航空傳動(dòng)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410200）

為了提高航空產(chǎn)品滲碳類零件工藝控制水平，于2010年從法國(guó)引進(jìn)了一臺(tái)低壓真空滲碳爐，采用低壓真空脈沖滲碳。由于低壓真空滲碳與我廠以往可控氣氛滲碳相異之處較大，為充分發(fā)揮其優(yōu)越性，必須熟悉低壓真空滲碳工作原理，編制出合理的工藝程序，才能充分展現(xiàn)該設(shè)備的先進(jìn)性。本文對(duì)脈沖滲碳過程進(jìn)行了初步探討，通過多次試驗(yàn)，編制多種不同材料、不同技術(shù)要求的滲碳工藝程序。

1 低壓真空滲碳

1.1 滲碳概述

不管是可控氣氛滲碳還是低壓真空滲碳，不外乎以下三個(gè)階段：（1）滲碳介質(zhì)的分解；（2）碳原子的吸收；（3）碳原子的擴(kuò)散。

1.2 真空脈沖滲碳原理

（1）原理及過程：低壓真空滲碳熱處理實(shí)際上是在低壓真空狀態(tài)下，通過多個(gè)強(qiáng)滲（通人滲碳介質(zhì)）+擴(kuò)散（通入保護(hù)氣體）與一個(gè)集中的擴(kuò)散過程，達(dá)到滿足圖紙要求滲層深度的工藝過程，如圖1所示。其控制方法為“飽和值調(diào)整法”，即在強(qiáng)滲期使奧氏體固溶碳并飽和，在擴(kuò)散期使固溶了的碳向內(nèi)部擴(kuò)散達(dá)到目標(biāo)要求值，通過調(diào)整滲碳、擴(kuò)散時(shí)間比，達(dá)到控制表面碳濃度和滲層深度的目的。

T1：第一步乙炔時(shí)間（零件表面碳濃度達(dá)到1．18所需要的時(shí)間）。

T2：第一步擴(kuò)散時(shí)間（零件表面碳濃度達(dá)擴(kuò)散至0．95所需要的時(shí)間）。

圖1 滲碳、擴(kuò)散脈沖過程

T3：終擴(kuò)散時(shí)間（零件表面碳濃度擴(kuò)散至0．85所需要的時(shí)間）。

（2）滲碳介質(zhì)：目前，國(guó)內(nèi)外低壓真空滲碳熱處理中主要采用的滲碳介質(zhì)為C3H8（丙烷）和C2H2（乙炔），我們的滲碳介質(zhì)采用的是C2H2（乙炔）。從分子式可以看出，兩者的當(dāng)量碳含量分別為：81．8%、92．3%，理論上乙炔可以提供的當(dāng)量活性碳原子較多。

C2H2高溫裂解反應(yīng)：C2H2→2C+H2

采用乙炔可以明顯改善零件不同位置處的滲層深度均勻性和對(duì)盲孔進(jìn)行滲碳。

飽和含碳量：理論上在900℃零件表面飽和含碳量可以達(dá)到1．15%，即在強(qiáng)滲期使奧氏體固溶并飽和，但由于材料本身合金元素的影響，表面飽和含碳量數(shù)值有所偏差，需通過實(shí)驗(yàn)摸索驗(yàn)證，超過這個(gè)數(shù)值就會(huì)產(chǎn)生網(wǎng)狀或角條狀碳化物，導(dǎo)致組織不合格（如圖2、3）。

圖2

圖3

2 程控滲碳

2.1 低壓真空滲碳應(yīng)注意事項(xiàng)

零件進(jìn)爐前應(yīng)檢查各氣氛、循環(huán)水壓力值，確保在滲碳過程中流量充足，不會(huì)出現(xiàn)故障；零件滲碳（通入乙炔）前必須確保已經(jīng)升至滲碳溫度，并且零件各部位已經(jīng)均溫，所以程序中必須要求有均溫時(shí)間設(shè)定，以減小零件各部位滲層深度的差異；觀察滲碳過程中各氣氛通入時(shí)流量是否穩(wěn)定，注意設(shè)備的各項(xiàng)報(bào)警信息。

2.2 工藝程序的重要性

由于低壓真空滲碳爐無爐前試料口，無法用爐前試料判斷出爐時(shí)間，只能按已編程序運(yùn)行，且各氣氛的時(shí)間都非常精確，工藝程序的正確性直接影響工件滲碳結(jié)果。

3 典型零件滲碳工藝程序的確定

3.1 某齒輪零件材料：18CrNi4A

（1）技術(shù)要求。該零件齒部與內(nèi)孔滲碳深度要求不一樣，齒部滲碳深度要求1．0～1．2mm，內(nèi)孔滲碳深度要求0．62～0．77mm。為保證該零件滲碳要求，必須進(jìn)行2次滲碳。內(nèi)孔滲碳深度在第二次滲碳時(shí)形成，齒部滲碳深度經(jīng)過2次滲碳后形成。

第一次滲碳 (齒部 )：滲碳深度 0．85 ～ 1．0mm、表面硬度HRC≥58、金相合格；第二次滲碳(齒部、 內(nèi) 孔 )： 滲 碳 深 度 0．62 ～ 0．77mm、 表 面 硬 度HRC≥55、金相合格；Ⅰ+Ⅱ次(齒部)：滲碳深度1．0～1．2mm、表面硬度HRC≥58、金相合格。

（2）工藝試驗(yàn)程序及理化測(cè)試結(jié)果：①工藝試驗(yàn)程序。

第1爐（如圖4、圖5、表1）。

圖4 一次滲碳模擬參數(shù)

圖5 二次滲碳模擬參數(shù)

表1 第一爐理化測(cè)試結(jié)果

第2爐（如圖6、圖7、表2）。

圖6 一次滲碳模擬參數(shù)

圖7 二次滲碳模擬參數(shù)

表2 第二爐理化測(cè)試結(jié)果

②試驗(yàn)結(jié)果分析。結(jié)合兩爐試驗(yàn)結(jié)果看，第1爐工藝程序參數(shù)不合理，主要是一次滲碳飽和含碳量和最終含碳量設(shè)置偏高；第2爐試驗(yàn)結(jié)果滿足技術(shù)要求值，主要是將一次滲碳的飽和含碳量和最終含碳量調(diào)低，確保與第二次滲碳濃度疊加不至于產(chǎn)生碳化物，所以，第二爐工藝試驗(yàn)參數(shù)能滿足該零件齒部及內(nèi)孔不同深度滲碳技術(shù)要求，效果理想。

4 低壓真空滲碳的優(yōu)勢(shì)與不足

優(yōu)勢(shì)：滲碳速度比氣氛爐要快，齒輪齒面與齒根的滲碳深度差異小，濃度梯度較平緩。

不足：對(duì)鍍銅質(zhì)量要求比氣氛爐更高，有些零件內(nèi)孔銅層質(zhì)量很難保證，則不能在真空爐滲碳，且零件局部銅層質(zhì)量不好的不能涂防滲碳膏。

5 結(jié)語

學(xué)習(xí)并運(yùn)用了低壓真空脈沖滲碳滲碳機(jī)理，為更好地使用該設(shè)備提供理論依據(jù)；通過多次試驗(yàn)，確定了幾種典型零件滲碳工藝程序，涵蓋了多種材料，為其他零件真空滲碳提供了參考依據(jù)，為軍品研制及批生產(chǎn)做好了技術(shù)準(zhǔn)備，概括了低壓真空滲碳的優(yōu)勢(shì)與不足，證實(shí)了低壓真空滲碳是沒有溶解氧的。