一种钢的完全无脱碳的无氢气氛保护热处理工艺的利记博彩app
【技术领域】
[0001] 本发明设及金属材料热处理钢的气氛保护，具体设及一种可W使钢件在热处理的 加热及保温过程中处于无氨环境，且无脱碳现象的热处理工艺方法。
【背景技术】
[0002] 在对钢制零件热处理过程中，为了防止工件在高温下脱碳和氧化，一般都采用真 空热处理或者使用保护气氛在密封的气氛炉中处理。常用的保护气氛有惰性气氛巧日氮气、 氣气等)、氮-甲醇气氛、甲醇裂解气、RX气、氮基气氛等。
[0003]惰性气体在高温下与工件材料不会发生化学反应，但是通常惰性气体中难免含 有其他杂质气体，如化、0)2、&0等。在实践中，即使惰性气体达到非常高的纯度(杂质气 体在5ppmW下)，应用该样的惰性气体，在高温下对钢制工件的保护也是很有限的。比如 30CrMnSi材料的工件在900°C保温1小时，用99. 9997%的高纯氮气作为保护气，工件表面 的氧化层大于0. 1mm，脱碳层更是超过0. 5mm。因此高温下惰性气体的保护效果不佳。
[0004] 氮-甲醇气氛和RX气通常是作为渗碳气氛的基础气氛，其组分大概为C0; 20-25%出2:35-45%，少量&0和CA(2%W下)，其余为馬。该种保护气氛通常还加入丙酬、 丙烷、甲烧等作为富化气来提高碳势，必要时也加入空气来降低碳势，从而实现工艺所需要 的碳势。该两种保护气氛可W作为优良的渗碳气氛，当然也可W作为钢的保护气氛。因为 该种碳势控制技术非常成熟和可靠，所W工件在此保护气氛下可W实现完全无脱碳和氧化 的保护，即完全的保护。其他的渗碳气氛也都具备同样的性质。但是因为渗碳气氛的设备 成本和运行成本稍高，通常都是用于渗碳工艺，应用在保护气氛工艺的不多。
[0005]氮基气氛是W局纯的馬为基础的一种保护气氛。为了提局Ng的保护能力，在Ng中 加入少量的还原性气体，如丙烷、甲烧、C0等。丙烷、甲烧进入炉内在高温下分解，产生强还 原性气体&和C0。氮基气氛中还原气体的体积比一般在5%W下，最大也不会超过8%。在 高温下工件在此该气氛中可W防止氧化，但是有一定程度的脱碳。30CrMnSi材料的工件在 900°C保温1小时，用99. 9997%的高纯氮气与5%的C0混合气作为保护气，工件表面基本无 氧化，但是有0. 2~0. 3mm脱碳层。若对工件表面的脱碳层要求不高，氮基气氛的确是很理 想的保护气氛。另外氮基气氛比较渗碳气氛的设备成本和运行成本都要低一些，气氛中含 的还原气体也少一些，安全性更高，气氛控制简单，所W在钢制工件的气氛保护工艺中，氮 基气氛应用更为广泛。
[0006]航空和航天领域常用的高强度钢和超高强度钢，如30CrMnSiA、40化NiMo、 30CrMnSiNi2A等，由于对氨脆敏感，所W要求保护气氛中不能含有氨气。该样，氮-甲醇气 氛、RX气W及其他的渗碳气氛，都因为其中含有大量的氨气而不能使用。为了避免氨脆和脱 碳，目前，对于尺寸不太大的高强钢或超高强度钢制成的零件，一般都采用真空热处理，要 求脱碳层不大于0.075mm。当然脱碳层越小越好。但是，在航空航天领域，有的工件尺寸超 出了常用的真空炉的使用范围。而真空炉随着尺寸的增大，不仅因容积的增大承受的总压 力越来越大，要求更厚更强的炉壁，而且获得所需的真空度越来困难，所W真空炉随着尺寸 的增大不仅设备成本越来越高，呈指数增长，也难于达到所需的真空度。所w，航天领域的 超大型零件巧日火箭壳体)，一般没有保护措施，即只能在空气炉中热处理，任其脱碳。在热 处理后，采用吹砂去除氧化脱碳层。对于超大尺寸的航空航天零件，吹砂去除脱碳层不仅很 困难，去除脱碳层的深浅难于控制。脱碳层可能造成工件表面拉应力，而且脱碳层硬度低， 材料强度显著下降，零件的强度及尺寸精度都会受到明显影响，使得零件的质量风险增加。
[0007] 近年来，有厂家尝试使用含有5%的C0的氮基气氛作为保护气氛，来处理航空和航 天领域的大尺寸零件。该种气氛W高纯的惰性气体为主，加入少量恒量的C0,气氛内不含 氨气，它对此类零件的保护也有一定作用，但是，其对工件的保护效果正如上面所述，其对 氧化的防护还好，但是脱碳的防护不是很理想，一般脱碳层深度都在0. 2~0. 3mm，而且脱 碳层内的碳元素损失严重，硬度和强度下降显著。
【发明内容】
[0008] 为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种热处理工艺方法，在密 封的气氛炉内建立无氨气氛，通过调节通入炉内的N,和C0与C0 2混合气的流量和比例，使 气氛的碳势与炉内工件的碳含量始终保持相等，从而实现工件长时间在高温下停留而不会 脱碳或增碳，解决航空航天领域由高强钢和超高强度钢制成的大型和超大型工件的热处理 时的脱碳问题，实现无氨环境的钢的完全保护。
[0009] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是： 一种钢的完全无脱碳的无氨气氛保护热处理工艺，将C〇2通入装有活性炭的气体发生 炉内并与活性炭发生化学反应，将反应产物a通入放有待热处理工件的密封气氛炉内，再 向密封气氛炉内通入馬稀释反应产物a,通过碳控仪的设定值与密封气氛炉内气氛的碳势 测量值的对比，调节密封气氛炉内反应产物a和N,含量，使密封气氛炉内的气氛的碳势与 待热处理钢件的碳势相等。
[0010] 所述的C〇2与活性炭在气体发生炉内发生化学反应的温度为800~1000。优选 温度为高于密封气氛炉温度30°C。比如对于30化化Si材料的工件，其在密封气氛炉内的工 艺温度一般为900°C，则气体发生炉的优选温度为930°C。
[0011] 所述的C〇2与活性炭反应产物a为C0与C〇2的混合气体，其中C〇2含量为1%~6%， 其余为C0。
[0012] 所述的通入密封气氛炉内的馬的纯度不低于99. 95%。
[0013]所述的密封气氛炉设有热电偶、气体分析仪和氧探头或者朗姆达探头，分别测量 密封气氛炉的温度、C0含量和c〇2含量W及氧势，测量出参数，通过碳控仪或者专业的碳势 计算软件就可W计算得到气氛碳势的测量值，所述的碳控仪可选用欧陆2604或2704控制 器。
[0014]所述的碳控仪的设定值选取密封气氛炉内待热处理钢件的名义含碳量。
[0015]所述的碳控仪上显示的气氛碳势的测量值可W采用渗碳工艺中的碳势校准方法 来校准，所述的碳势校准方法可采用泊片称重法或剥层法。
[0016]所述的碳控仪的设定值可根据工艺实试验的测量结果作相应的微调，试件表面增 碳，设定点向低调，试件表面脱碳，设定点向上调，所述的微调量不大于20%。
[0017]所述的密封气氛炉内的气氛比例按摩尔质量比为；C0 ;20~90%，〇)2;0~8%，其 余为馬。
[0018] 本发明的有益效果是： 1)采用C〇2与活性炭的化学反应产物作为保护气氛的主要组分，很方便地获得了不含 氨气的高碳势气氛，然后再给气氛中通入N2来稀释气氛，为进行无氨气氛的碳势的控制创 造了条件。
[0019] 2)在无氨保护气氛采用碳势控制的方式来调节气氛，使得工件在无氨气氛中的防 脱碳保护达到了前所未有的水平。
[0020] 3)气氛碳势控制的设定值为工件的材料的名义含碳量。采用此规则处理的工件， 其表面含碳量会逐渐向气氛碳势接近，也就是说无论工件材料的实际含碳量是多少，经过 此工艺过程后，工件表面的含碳量会趋近与该材料国标规定的名义含碳量。例如工件材料 为30CrMnSiA，气氛碳势的设定点为0. 30%，处理的工件的表面含碳量也将是0. 30% ; 4)本方案的保护气氛组分中不含氨气，避免了氨脆的发生，适合高强钢和超高强度钢 的热处理气氛保护的最基本要求。
[0021] 5)本方案的保护气氛非常适合用于高强钢和超高强度钢的热处理防脱碳和氧化 工艺，当然也可W用于其他钢制零件的热处理防氧化脱碳保护，为钢的热处理防护提供了 一种新方法。
[0022] 6)本方案的采用了密封的气氛炉作为处理工件的设备，气氛炉基本不受尺寸限 审IJ，可W按照工件的尺寸订做，所W对大型和超大型的航空航天零件均可W处理，彻底解决 了目前该类零件无法防护任其脱碳氧化的现状，对于航空航天器的减重和安全系数都将产 生重大影响。
[0023] 7)本方案的使用的设备成本投资低，经济效益可观，由于等容积的真空炉的价格 往往是密封的气氛炉的数倍，所W采用本发明，设备投资成本显著下降。
[0024] 8)本方案的对脱碳的防护效果比真空炉更好。真空炉的防护效果与真空度有关。 在目前