真空渗碳设备及工艺虽然出现的时间不长,但由于存在一系列明显的优点及特点,因此,在生产中的应用范围在迅速扩大。
(1)控制渗碳层的深度、碳浓度以及浓度梯度(硬度梯度)是很容易的。
由于真空渗碳过程的物理化学反应特点,因而,根据零件的技术条件可简单地通过计算或一些关系曲线确定真空渗碳的工艺参数。生产实践表明,特别对批量生产需以工艺实验来验证和修正计算得来的工艺参数,这一点对要求高的精密重要零件的批量生产是很重要的。生产实践还表明,只要按照通过工艺实验确定的工艺参数进行操作,即可获得各炉很一致的渗碳结果-—-重现性好。
(2)渗碳件表面质量高。
由于真空渗碳是在真空状态下进行加热、均热以及渗碳后的扩散,因而零件不产生脱碳和黑色组织等问题,表面也洁净。这样,就可省去后清理工序并有利于热处理后的精加工工序的进行。
(3)真空渗碳零件具有较高的力学性能。
由于真空渗碳零件具有表面质量高(不脱碳,不氧化)的特点,因而,对表面层的应力状态及疲劳强度具有很有利的影响。
(4)对具有盲孔、深孔及窄缝的零件具有较好的渗碳效果。对难于用气体渗碳法进行渗碳的不锈钢、含硅钢等,用真空渗碳法则可顺利地进行渗碳。
(5)可获得薄的、厚的(可达7mm)以及高碳浓度的渗碳层。使渗碳期与扩散期时间具有不同的配合,即可获得陡的或平缓的碳浓度梯度。
(6)可进行高温渗碳从而缩短了渗碳时间。
真空渗碳是在探求高温渗碳的可能性的基础上发展起来的。高温渗碳在真空状态下之所以可能,是由于现代真空渗碳炉的结构和构件材质已能适应高温渗碳的要求。
高温渗碳可以明显缩短渗碳时间。这是因为在高的渗碳温度下,奥氏体对碳具有更高的溶解度,而使用的渗碳气又能充分供给活性碳原子。还因为高温渗碳可明显提高碳在钢中的扩散速度。再有,零件是在真空状态下进行加热升温的,产生了脱气、去除氧化物等效果,从而使零件表面活化,使碳原子的吸收过程加速。
在普通气体渗碳条件下,渗碳炉不能长时间地承受高温。因此,多年来以气体渗碳炉进行的高温渗碳试验未获成功。
(7)可直接使用天然气或丙烷气,无须有一套气体制备装置。
(8)操作条件良好,对环境基本上无污染。
商品真空渗碳炉为水冷壁结构,对周围环境基本上无热量散出。零件装、出炉已处于冷态,因而与其他渗碳工艺相比,具有极为优异的操作条件。真空渗碳炉在运行时除开始阶段向大气中排少量的烟外,排出的气体中大部分为无害的氢气。
(9)工艺参数的确定。
全世界都在注意和研究节能问题。热处理是消耗能源较多的一种工艺。工艺参数是否合理显然能极大地影响到节能问题。国内外近年来不断地从理论上和经验上提出一-些确定工艺参数的方法。
显然,目前提出的适用于整个热处理工艺的一些想法也应通过实践逐步在真空渗碳方面体现出来,例如,合理确定渗碳硬化层深度和所谓“0”保温技术(即将珠光体转变为奥氏体的时间认为是“0”)等。
( 10)炭黑问题。
渗碳过程中,目前通用的渗碳剂,如甲烷或丙烷,都将产生炭黑。这些渗碳剂的纯度越低,即所含不饱和碳氢化合物烯怪和碳四以上高碳氢化合物越多,则产生的炭黑越多。产生炭黑的其他原因还有:渗碳气中混入了空气;渗碳气的流量大;渗碳气的压力过高;搅拌风扇的转速低等。
炭黑附着于零件上,不但阻碍渗碳过程且造成渗碳层的不均匀(深度及碳浓度)。炭黑附着于加热器上,易造成电短路现象。应定期清炭黑。清炭黑不但劳动强度大,而且需拆除真空管路,因而易使设备漏气。为减少炭黑,可在渗碳气中混以适当比例的氮气。此外,需对渗碳气纯度作出规定,一般在96%以上。这样做,一方面为了减少炭黑,另一方面,在批量生产、工艺流程及工艺参数都设定了的条件下,如果渗碳剂成分不纯且成分波动很大,则难以获得稳定的渗碳结果。
对已附着有炭黑的零件,用有机溶剂在超声清洗机上进行清洗是具有一定的效果的。
新开发的乙炔渗碳技术可较好地解决炭黑问题。