[發(fā)明專利]金屬部件的滲碳和碳氮共滲方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 99805547.6
• 申請(qǐng)日: 1999-03-26
• 公開（公告）號(hào): CN1298456A
• 公開（公告）日: 2001-06-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: D·杜莫吉;M·布芬;T·辛德金格
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 液體空氣喬治洛德方法利用和研究有限公司
• 主分類號(hào): C21D1/76
• 分類號(hào): C21D1/76;C23C8/22;C23C8/32
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 王杰

本發(fā)明涉及在熱處理爐中所用的氣氛的領(lǐng)域。本發(fā)明更具體地涉及在金屬部件、特別是鋼部件的滲碳和碳氮共滲方法中使用的氣氛。

該氣氛通常出自吸熱發(fā)生器，其中將空氣和烴的混合物在高于1000℃的溫度送至催化反應(yīng)器(一般基于鎳)中，以便進(jìn)行烴的部分氧化。

該滲碳?xì)夥找部赏ㄟ^空氣/烴類的混合物就地(在熱處理爐內(nèi))反應(yīng)或通過在工業(yè)中常稱作“氮?dú)?甲醇”法的方法而獲得，在“氮?dú)?甲醇”法中，將氮?dú)夂鸵后w甲醇的混合物以合適的比例(例如40/60或30/70，或20/80)送至熱處理爐中，使甲醇就地裂解并制得相應(yīng)的氫氣和一氧化碳。

在所有這些情況(吸熱發(fā)生器、氮?dú)?甲醇?xì)夥盏?下，爐中CO/H₂的比率接近1/2。

為說明起見，爐內(nèi)的典型滲碳?xì)夥战M成(諸如例如由在甲烷中操作的吸熱發(fā)生器或由使用40％/60％比率的氮?dú)?甲烷法獲得的組成之類)如下所示：20％CO,40％H₂,0.1％CO₂,0.3％H₂O,1.3％CH₄,氣氛的其余部分由氮?dú)饨M成。

已經(jīng)知道熱處理領(lǐng)域技術(shù)人員表征熱處理氣氛、特別是其在滲碳方面的活性的方法之一是氣氛的“滲碳能力”，即表征氣氛將碳輸送至欲滲碳的部件的能力并且(根據(jù)所采用的評(píng)估體系)可特別表示為氣氛的CO和CO₂濃度和處理溫度的函數(shù)的參數(shù)。

為說明起見，可參考關(guān)于金屬部件的滲碳方法中所包括的滲碳能力的作用和計(jì)算的以下著作：美國金屬協(xié)會(huì)出版的G.KRAUSS所著題為“鋼的熱處理原理”和1981年美國金屬協(xié)會(huì)出版的《金屬手冊(cè)》第9版第4卷“熱處理”或在澳大利亞材料雜志1996年5月發(fā)表的Daniel?W.McCurdy的綜述文章。

所以氣體混合物的滲碳能力代表以質(zhì)量百分比表示的與該氣氛平衡的奧氏體的碳含量。

盡管文獻(xiàn)中報(bào)道了從氣氛的組成計(jì)算滲碳能力的許多模型，但是確定該滲碳能力的最精確和最嚴(yán)格的方法之一(由于其是絕對(duì)方法)仍然是所謂的“金屬箔片”法。

該方法基于滲碳?xì)夥蘸徒?jīng)過處理的部件中所含碳之間的熱力學(xué)平衡的概念。所以該方法包括在爐中于給定溫度和給定氣氛下將小尺寸的低碳鋼(例如含0.1％碳的XC10型)箔片(例如80毫米長(zhǎng)、35毫米寬和0.05毫米厚，這些小尺寸保證達(dá)到平衡的可能性)與滲碳?xì)夥战佑|并建立平衡。在這些給定氣氛和溫度條件下所得的滲碳能力隨后通過直接分析箔片的碳含量，例如通過箔片在氧氣流中燃燒后對(duì)碳進(jìn)行全面化學(xué)檢測(cè)(CO₂檢測(cè))進(jìn)行嚴(yán)格確定。

因此，為說明起見，滲碳能力等于0.7的氣氛與含0.7％碳的奧氏體形成平衡，然后該氣氛對(duì)含有更多碳的奧氏體進(jìn)行脫碳使其降至0.7％碳，對(duì)含有較少碳的奧氏體進(jìn)行滲碳使其升至0.7％碳。

如閱讀上述1950-1987年的參考文獻(xiàn)所知，監(jiān)控?zé)崽幚須夥盏臐B碳能力的現(xiàn)有技術(shù)基本上基于利用以下三個(gè)反應(yīng)之一(其中C_a代表吸附在部件表面上的碳)：

????(1)

??????(2)

???(3)

由此可見，多年來用于確定滲碳能力的數(shù)個(gè)公式已經(jīng)或正在文獻(xiàn)中使用；因此，反應(yīng)(1)清楚地顯示如果已知?dú)夥罩蠧O和H₂含量，那么檢測(cè)H₂O的濃度就能夠計(jì)算氣氛的滲碳能力。

反應(yīng)(2)的使用顯示如果已知?dú)夥罩蠧O含量，那么檢測(cè)氣氛的CO₂濃度就能夠確定氣氛的滲碳能力。該確定方法由于其與基于檢測(cè)露點(diǎn)的監(jiān)控相比具有較大的穩(wěn)定性而在二十世紀(jì)六十年代得到廣泛應(yīng)用。

最后，可以看出反應(yīng)(3)顯示對(duì)于已知?dú)夥盏腃O含量，檢測(cè)氣氛的氧含量就能夠確定滲碳能力。用于檢測(cè)氧化鋯中氧氣的探針于二十世紀(jì)七十年代在市場(chǎng)上的出現(xiàn)意味著采用反應(yīng)(3)確定滲碳能力的方法迅速成為國際標(biāo)準(zhǔn)方法。