[發(fā)明專(zhuān)利]金屬部件的滲碳和碳氮共滲方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 99805547.6
• 申請(qǐng)日: 1999-03-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN1298456A
• 公開(kāi)（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(zhuān)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(lèi)號(hào): C21D1/76
• 分類(lèi)號(hào): C21D1/76;C23C8/22;C23C8/32
• 代理公司: 中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專(zhuān)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^(guò)空氣/烴類(lèi)的混合物就地(在熱處理爐內(nèi))反應(yīng)或通過(guò)在工業(yè)中常稱(chēng)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(shuō)明起見(jiàn)，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(lèi))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(shuō)明起見(jiàn)，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(guó)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(guó)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(guò)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(guò)直接分析箔片的碳含量，例如通過(guò)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(shuō)明起見(jiàn)，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)：

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由此可見(jiàn)，多年來(lái)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)方法。