深層滲碳對(duì)熱處理設(shè)備的要求
| 深層滲碳對(duì)熱處理設(shè)備的要求 深層滲碳在大模數(shù)齒輪熱處理中已經(jīng)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。但因深層滲碳在高溫狀態(tài)下和高碳勢(shì)氣氛中時(shí)間較長(zhǎng)，在熱處理過(guò)程中，對(duì)設(shè)備也必須提出更高的要求。本文通過(guò)理論分析并配合具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)較為明確地闡述了深層滲碳對(duì)熱處理設(shè)備的一些具體要求。 自20世紀(jì)80年代以來(lái)，某公司先后從國(guó)外引進(jìn)多臺(tái)世界先進(jìn)的熱處理設(shè)備，從而使該公司多年來(lái)在齒輪的深層滲碳中一直處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的地位。 本文著重從溫度的控制方式、碳勢(shì)的控制方式及氮―甲醇?xì)夥赵谏顚訚B碳中的應(yīng)用等三個(gè)方面介紹深層滲碳對(duì)熱處理設(shè)備的要求。 一、溫度的控制方式 1．觀點(diǎn) 長(zhǎng)久以來(lái)，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的井式氣體滲碳爐(典型的如75KW、105KW等井式氣體滲碳爐)均是采用爐外控溫的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)爐內(nèi)溫度的控制。而在歐洲，早在20世紀(jì)80年代就已經(jīng)大量運(yùn)用了一種更為合理的溫度控制方式，即爐內(nèi)主控方式。下面簡(jiǎn)要介紹爐內(nèi)主控方式與爐外控溫方式的區(qū)別，以及實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)主控對(duì)深層滲碳時(shí)滲碳質(zhì)量的影響。 爐內(nèi)主控是指通過(guò)合理的數(shù)學(xué)模型，以爐蓋熱電偶檢測(cè)到的溫度與目標(biāo)溫度之間的差值來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)加熱區(qū)的功率自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而控制爐膛溫度的一種溫度控制方式。 這種控制方式的優(yōu)點(diǎn)是可以更精確地控制爐膛溫度，減小爐溫的偏差，并可以顯著提高爐溫的可靠性。 以往的觀點(diǎn)認(rèn)為，當(dāng)達(dá)到熱平衡后，爐膛內(nèi)外存在著一個(gè)固定的溫差， 即： T內(nèi)＝T外－ΔT (1) 式中 T內(nèi)爐膛內(nèi)的溫度； T外爐膛外的溫度； ΔT恒定的溫度差值。 根據(jù)這個(gè)觀點(diǎn)，采用爐外控溫的方式。當(dāng)爐膛外的溫度為一個(gè)定值的時(shí)候，爐膛內(nèi)的溫度也應(yīng)該是個(gè)定值。例如，假設(shè)爐膛內(nèi)外的偏差ΔT為20℃，我們要在930℃(即T內(nèi)＝930℃)滲碳時(shí)，只需要控制爐外的溫度(T外)為950℃即可。我們認(rèn)為這種觀點(diǎn)是不切實(shí)際的。 實(shí)踐證明，爐膛內(nèi)外的溫差是隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷變化著的，即公式(1)中的ΔT是保溫時(shí)間的函數(shù)： ΔT＝f(t保) (2) 該函數(shù)具體的公式尚待進(jìn)一步推理和大量的試驗(yàn)論證，本文不作具體闡述。 根據(jù)這種推論，我們可以預(yù)知，隨著保溫時(shí)間的推移，爐內(nèi)外的溫差在不斷地變化著，控制爐外的溫度已無(wú)法保證爐內(nèi)溫度的偏差在工藝要求的范圍內(nèi)。因此，可能造成滲碳時(shí)爐溫過(guò)高，奧氏體晶粒長(zhǎng)大，工件淬火后馬氏體組織粗大，從而影響工件的性能。 爐內(nèi)控溫是對(duì)爐蓋熱電偶檢測(cè)到的溫度與加熱區(qū)熱電偶檢測(cè)到的溫度之間的差值直接進(jìn)行控制，所以不存在公式(1)中ΔT隨保溫時(shí)間的延長(zhǎng)發(fā)生變化而影響對(duì)爐內(nèi)溫度偏差的控制。 采用爐蓋主控方式控制爐溫的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是能顯著提高設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的可靠性。這主要表現(xiàn)在：當(dāng)某個(gè)加熱區(qū)的熱電偶有較大偏差或損壞時(shí)，可以通過(guò)儀表顯示的各個(gè)加熱區(qū)與主控?zé)犭娕贾g的溫度偏差而直接來(lái)判斷。而對(duì)于爐外控溫，常常需要在校溫或根據(jù)升溫速度的快慢等現(xiàn)象來(lái)判斷，這不但需要豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，而且不能做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。 根據(jù)國(guó)外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，某公司的設(shè)備采用了爐內(nèi)主控的方式控制爐溫，經(jīng)調(diào)試檢測(cè)，效果明顯。 下面附表是該公司采用不同控溫方式的兩臺(tái)同類(lèi)型設(shè)備的調(diào)試數(shù)據(jù)。 從表中不難看出，采用爐內(nèi)控制方式的設(shè)備，其爐內(nèi)溫度和工藝要求的溫度相差無(wú)幾，并和保溫時(shí)間長(zhǎng)短無(wú)關(guān)，溫度偏差基本上控制在±3℃；而采用爐外控溫方式的設(shè)備，當(dāng)保溫時(shí)間足句多長(zhǎng)以后，隨著ΔT的不斷減小，爐內(nèi)溫度與工藝要求溫度的偏差越來(lái)越大。 同時(shí)，我們從上表中也可以看出，隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，爐膛內(nèi)的溫度越來(lái)越接近加熱區(qū)設(shè)定溫度。因此，采用爐外摔溫時(shí)，似沒(méi)使剛930℃滲碳(即工藝溫度為930℃)，常常設(shè)定溫度為930℃(即加熱區(qū)溫度為930℃)。這種情況可能導(dǎo)致的結(jié)果是，爐膛內(nèi)的溫度在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)均處在930℃以下，而只有當(dāng)時(shí)間足夠長(zhǎng)以后，隨著ΔT的減小，爐內(nèi)溫度才趨向于工藝溫度。這在實(shí)際生產(chǎn)中主要表現(xiàn)為：①滲碳溫度偏低，導(dǎo)致滲碳速度偏慢，不利于深層滲碳。②溫度偏差較大，滲碳速度可控性差，最終導(dǎo)致滲碳層深偏差大。 二、碳勢(shì)的控制方式 1．觀點(diǎn) 通常的滲碳設(shè)備往往是依靠控制電磁閥的通斷干預(yù)富化劑的滴人或停止來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)滲碳碳勢(shì)的調(diào)節(jié)，這里把這種碳勢(shì)控制方式稱(chēng)之為通斷控制碳勢(shì)。 因?yàn)樘紕?shì)的形成需要一個(gè)過(guò)程，而這個(gè)過(guò)程往往造成碳勢(shì)調(diào)節(jié)的延時(shí)。所以，采用這種調(diào)節(jié)方式極易造成碳勢(shì)在一定時(shí)間內(nèi)過(guò)沖或過(guò)低，影響滲碳質(zhì)量。 本文要介紹的是一種目前在國(guó)外已經(jīng)應(yīng)用相當(dāng)普遍的碳勢(shì)控制方法，這里稱(chēng)之為連續(xù)控制碳勢(shì)。 |