一種複合滲碳劑的製作方法

2023-04-30 13:16:46 2

專利名稱：一種複合滲碳劑的製作方法
技術領域：
本發明屬於化學熱處理領域。
井式爐滴注式氣體滲碳工藝是國內外機械行業中最常用的工藝方法之一。滲碳件質量的好壞關係到機械產品的質量和使用壽命。滲碳件表面碳濃度低，將降低工件表面的接觸疲勞強度和疲勞強度。表面碳含量過高，則易產生表面網狀或塊狀碳化物，增加表面脆性。滲碳件表層碳含量是0.9～1.0%時具有較好的表面綜合機械性能，控制滲碳件質量的主要途徑是根據不同的實際使用條件，控制滲碳層的碳含量，對於滴注式氣體滲碳而言，必須控制氣氛的碳勢。影響滲碳氣氛碳勢控制精度的主要因素之一是爐氣成份能否穩定，爐氣成份的穩定性又直接與滴注劑的分解產物有關。
目前國外(如歐州和日本)廣泛應用的滲碳工藝方法是所謂的卡博馬格法(Carbomaag)。卡博馬格法氣體滲碳是將兩種有機液體直接滴入井式爐內進行裂解製備滲碳氣氛。這兩種有機液體，一種是供載氣和稀釋用的甲醇，另一種是醋酸乙脂或丙酮，它們在滲碳溫度下裂解的滲碳氣氛，爐氣成份穩定，滲碳質量好，容易進行可控氣氛滲碳。鑑於我國的具體情況，丙酮，醋酸乙酯的成本偏高，所以我國絕大多數生產廠家採用燈用煤油作滲碳劑。其優點是價格便宜，滲碳速度快。但煤油屬鏈烴類的碳氫化合物，其成份結構不穩定，並因產地不同而異。煤油在滲碳溫度(920℃)下，基本按下式分解
CnH2n+2n〔C〕+(n+1)H2n＝9-16由於煤油的裂解組分中沒有一氧化碳，煤油作為滴注劑滲碳所產生的裂解氣氛中的一氧化碳，主要靠排氣期結束後殘留在爐內的氧來形成。隨著滲碳時間的延續，爐氣中的一氧化碳逐漸減少，各組份含量變化大，過剩的碳將導致形成碳黑。針對這種情況，可用煤油+空氣，煤油+水的方法，適當地增加爐內氧氣，解決煤油裂解氣中一氧化碳的波動過大，過剩碳太多的問題。也有人，如廣東機械學院黃拿燦提出了「配比煤油」工藝，但該文作者未能解決甲醇與煤油互不相溶的問題，而採用電磁閥流量計等機械裝置，通過調整兩種液體的流量比例並使其同時流入滲碳爐內裂解的方法來構成「配比」煤油。這種配比煤油在實現該工藝時要求甲醇和煤油必須同時分別以兩條管道，按不同流量滴入爐內。流量的比例須靠流量計控制，液體的流動受自身重力的作用，並隨液面變化而變化，由於流量的經常變化及兩種液體的流量變化不同步，所以使操作者在實現該工藝時，有種種不便。
為了解決以煤油作滲碳劑所存在的上述問題，本發明同樣以向煤油中補充氧份為基本依據，通過選用適當的醇類和稀土元素，實現其與煤油的互溶，促使煤油充分裂解並穩定其裂解氣氛中的一氧化碳含量，獲得了成功。
本發明複合滲碳劑由互溶的煤油，醇和稀土元素組成，其成份為含煤油60～80%，醇20～40%和稀土元素0.3～0.6%(均按重量%)，所說的醇含碳源子數最好是1～7，所說的稀土元素最好是鈰和/或鑭。本發明複合滲碳劑中的醇和稀土給煤油補充適當的氧，使其裂解組份中增加一氧化碳和裂解氣氛的穩定，並且能降低煤油的過剩碳，使爐氣組份中的甲烷(HH4)的含量保持適當值。稀土元素對提高滲碳速度有很大的作用，這是因為稀土元素易使工件表面氧化鐵還原，潔淨工件表面;稀土元素的滲碳入能降低晶界能，使奧氏體晶粒細化，在滲碳過程中由於晶粒細化，晶界增加，加速了碳原子在鋼中的擴散;稀土元素的原子半徑較大，它的滲入使滲層的點陣常數發生較大變化，這種點陣畸變有利於碳原子在畸變區的偏聚，而導致表面碳濃度提高，從而加速碳的擴散。本發明複合滲碳劑，可用於單液滴注滲碳，也可與甲醇雙液共同滴注進行滲碳。
本發明的優點1.本複合滲碳劑裂解氣氛中各組份含量波動小，成份穩定。
2.本複合滲碳劑滲碳速度快，較煤油滲劑提高滲碳速度10～15%。
3本發明複合滲碳劑滲碳能力比煤油強，碳的可用量比煤油大，因此相同條件下，滲碳劑的消耗量小。
4.本發明複合滲碳劑，用於滴注式井式爐單因素可控滲碳，能保證碳勢控制精度≤0.05%，在井式爐內單液或雙液滴注滲碳，一氧化碳含量波動範圍≤±1%，甲烷含量適當，碳黑沉積少。
5.本滲碳劑穩定，常溫下久置無分解。
實施例1以本發明之複合滲碳劑，含煤油75%，異丙醇23～24%，正丁醇1%和稀土元素0.3%(均按重量%計)。
滲碳溫度920℃，時間4小時滲碳處理的鋼號20CrMnTi 20＃鋼滲層厚度1.05mm(20CrMnTi)0.75mm(20＃鋼)淬水後硬度HRC60～62滲碳爐RJJ-75滴量120滴/分鐘實施例2以本發明復複合滲碳劑，含煤油80%，正丙醇17～18%，異丁醇2%，稀土元素0.6%(均按重量%計)。
滲碳溫度920℃，時間5.5小時滲碳處理的鋼號20CrMnTi20Cr滲層厚度1.2mm(20CrMnTi)1.1mm(20Cr)淬水後硬度HRC60～61滲碳爐RJJ-75滴量130滴/分鐘實施例3以本發明之複合滲碳劑，含煤油68～72%，異丙醇25～30%，異戊醇0.8～2%，稀土元素0.5%，(均按重量%計)。
滲碳溫度920℃，時間4小時滲碳處理鋼號20CrMnTi 15＃鋼 12CrNi3滲層厚度1.1mm(20CrMnTi)0.65mm(15＃鋼)0.94mm(12CrNi3)淬油(20號機油)後硬度HRC58～60滲碳爐RJJ-60滴量甲醇130滴/分鐘氧探頭探勢控制精度≤0.05%實施例4以本發明之複合滲碳劑，含煤油78%，正丙醇20%，正戊醇1.7%和稀土元素0.3%(均按重量計%)，將其先在裂解爐內，於920℃裂解溫度下裂解，與氮氣按1∶2的比例混合後送至ZDJ-1000真空離子滲碳爐內，滲碳溫度1000℃，時間小時，滲碳處理的鋼號為20CrMnTi，滲層厚度1.125mm。
本發明複合滲碳劑的包裝、標誌、貯存、運輸、交貨驗收等均按ZBJ36。
權利要求
1.一種複合滲碳劑，其特徵是由互溶的煤油，醇和稀土元素組成，其中含煤油60～80%，醇類20～40%和稀土元素0.3～0.6%(均按重量%)。
2.按照權利要求1所述的複合滲碳劑，其特徵是所說的醇含碳原子數最好是1～7。
3.按照權利要求1所述的複合滲碳劑，其特徵是所說的稀土元素最好是鈰和/或鑭。
全文摘要
一種由互溶的煤油，醇和稀土元素組成的複合滲碳劑，適於井式氣體滲碳爐的滴注式氣體滲碳和真空離子滲碳，尤其適合於井式滲碳爐的可控氣氛滲碳，使單因素可控氣氛滲碳碳勢控制精度≤±0.05％，無碳黑，滲碳速度高於煤油，一號滲碳油，丙酮和醋酸乙酯。
文檔編號C23C8/22GK1036232SQ89101219
公開日1989年10月11日 申請日期1989年3月4日 優先權日1989年3月4日
發明者劉躍, 汪伯華, 酈振聲 申請人:國家機械工業委員會武漢材料保護研究所