023-86669155
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李志義1、田榮華2、葛友海3、胡培中4
（1、重慶義揚公司、重慶長江電爐廠電話023-86669155（辦）、13002366762 2、重慶青山機械廠 郵編402761 3、重慶紅巖汽車廠車轎廠 郵編402300 4.重慶機床廠 郵編 400055）
前言：伴隨著改革開放、入世。所制造的產品能否打入國際先進國家市場，滲碳淬火件、氣體軟氮化件質量要求越來越高。本文只著重討論工藝問題，預祝：采用世界**的設備，只有采用世界**流的工藝，才能生產出世界**流的產品。本人認為**流的指標：以滲碳或碳氮共滲為例。表面硬度HRC61以上（HV1轉換），非馬≤3μm （淺腐蝕）、產品表面光亮，無碳黑，碳化物極度彌散。馬氏體組織1-2級，殘A8%以下，變形極小，不磨齒或很少磨齒。硫化物、氧化物＜1級，同爐同鋼號同形狀尺寸產品硬度波動±1HRC。
一、怎樣使滲碳淬火件質量提高
1、滲碳淬火件表面硬度和非馬氏體組織（1）：
在滲碳淬火件表面層中經常出現連續或不連續的網狀或塊狀黑色組織，此處恰好不是表層壓應力*大的區域，已被公認是由于內氧化而貧合金化元素導致形成屈氏體類組織，也被稱為非馬氏體組織。一旦形成此類組織，其后果是降低表面硬度和耐磨性以及疲勞極限。因此國內外知名的車輛制造廠家大都對非馬氏體層厚度有明確的規定，如德國波爾特、奔馳、寶馬公司要求此層厚度必須在3μm以下。非理由是：①滲碳出來要磨齒：磨齒將壓應力轉成拉壓力。②噴丸強化，該壓應力在高速旋轉生熱中衰減。不磨齒不行？不磨齒是現代生產齒輪的熱門話題。采用多用爐生產的齒輪不磨齒的廠家，重慶地區有重慶青山工業公司等（3.7）。縮短滲碳時間，碳化物極度彌散節省大量機加工費用，領先于：世界任何先進國家。
1.1.1關于非馬氏體組織
滲碳淬火件的非馬氏體組織包括表面脫碳形成的鐵素體，表層沿晶界形成的屈氏體，有的鋼種是貝氏體。非馬氏體組織層和鋼表面含碳量關系的示意圖1。有此種組織工件的表層含碳量由表及里成逐漸升高趨勢，到*高值后在逐步降至心部含碳量。與*大含碳量位置相對應也是淬火后*大壓應力的地方。
1.1.2非馬氏體組織的范圍：在滲碳過程中，由于內氧化的原因，使滲體表面碳含量下降產生非馬氏組織，這些組織初生鐵素體，初生屈氏體（連成一片稱黑帶，未連成一片稱黑網），部分鋼種的貝氏體。均為非馬氏體組織。如圖1：滲碳淬火鋼非馬氏體組織層和表層碳濃度的關系
1.1.3相關的標準
中國國標GB/T8539-2000；1級 | 德國大眾 | 德國波爾舍、奔馳、寶馬 | ||
HRC58滲層＜0.75㎜ 非馬＜12μm 以上 0.75-2.25㎜ 非馬＜20μm | HRC60以上 | 非馬≤10μm | HRC61以上 | 非馬≤3μm |
（若用HV1轉換大約HRC53） | （HV1轉換） | 金相淺腐蝕 | （HV1轉換） | 金相淺腐蝕 |
1.2滲碳淬火件采用二次淬火，即在滲碳完成后在爐內空冷，而后重新加熱再淬火。
使淬火組織細密、馬氏體針較細殘A下降（國標400倍金相測殘A的缺陷：在400倍顯微鏡下，殘A中的大量的馬氏體島看不到、而硬度不低，磁性檢測殘A合格）、變形小，耐磨性好；缺點：工藝流程時間太長。熱處理設備較差，內氧化增加。
1.3滲碳氣源的選擇（2）：天然氣＞丙烷＞丙酮）；*成功的“超級滲碳氣氛”是空氣/甲烷基（9）。
1.4滲碳過程中盡可能避免CO Cad+CO2的滲碳機理：該機理必然是一邊滲碳一邊氧化。
1.5直接生成無氧參加下的滲碳技術是近代新技術的熱門課題。
1.5.1目前能產生的無氧下滲碳的氣源這些氣源在一定條件下才能優化。（務必注意優化措施）
甲烷 CH4 * | Cad+H2 | *早發現是蘇聯學者1966年，70年代德國、美國學者持同樣觀點 | |
丙烷C3 H8 | C+2CH4 * | 3Cad+H2 | |
C3 H8 | C2 H4+ H4 | Cad+CH4 * 3Cad+H2 | |
C3 H8 | C2 H2+ H2+ CH4 | 2Cad+CH4+2H2 * 3Cad+H2 | |
乙烯C2 H4 | Cad+CH4 * 2Cad+H2 | ||
乙炔C2 H2 | 2Cad+H2 | 德國易普森和法國湯姆森在低壓真空爐內使用。 | |
重慶地區的乙炔C2H2也是天然氣制造的。均存在含水、含硫指標。
要使無氧參加下滲碳技術達到*多的自由活性碳原子，氣源必須要考慮含硫含水的控制：
英俄日德資料均對氣源提出含硫控制，而且指出原料氣充分除硫（8）。有的廠家勿略上述問題，已遭受市場的冷落：有些進口設備廠家漸漸地退出中國市場。以空氣密度1.27㎏.m-3，乙炔1.17、甲烷0.72、丙烷1.9，可見甲烷*易裂解，不易在爐內存在死角（10）。
1.5.2 優化這些氣源的措施：水、含硫量控制越低越好。特別要強調的穩定性、可靠性控制。
由于城市天然氣中含有水和有機硫、無機硫：而且波動很大以至于同一外國著名公司的不同作者，作出不同的結論。有些教授只知用甲烷做試驗而無水、硫介念……（4）。對硫引起氧探頭壽命的思路不明（5），重慶地區：（3）有機硫30－248mg/m3，無機硫10－70 mg/m3，水份露點＞10－24℃。有時因天然氣礦脫硫設備檢修，城市天然氣無機硫高達1100mg/m3。這時很多廠家就會停產，而采用天然氣凈化設備的廠家，只需將再生時間縮短就可，無需停產。
古老的天然氣資料930℃以上裂解充分，隨著溫度的下降不易充分裂解，現在呢？910℃滲碳長期、穩定地無碳黑表面光亮。滲碳的表面硬度和非馬氏體組均達到德國波爾舍、奔馳、寶馬企業標準。850～860℃ C—N共滲表面也光亮、無碳黑。（重慶綦江化肥廠、永川天然氣研究所，因每周檢測，而放棄川維廠廖永康，將兩種脫硫劑分段裝的常溫高效脫硫劑，資料我帶來了）。這種分裝，使活性碳一次使用，不便再生（活性碳再生溫度105℃、50次再生報廢），天然氣含硫高要滲硫。對產品質量設備壽命，氧探頭壽命、耗氣量增加影響很大。
1.5.3 采用真空低壓滲碳技術：德國波爾舍、奔馳、寶馬質量要求高的齒輪均采用這一技術，控制滲碳表面硬度和非馬組織和變形（滲碳后不再加工齒面）。重慶旺成、德國易普森；宜賓五糧液廠、法國湯姆森；唯一缺點：先進設備較貴，生產量較低。
1.6 天然氣的質量問題：當人們在研究各種氣源滲碳時，并比較各種氣源滲碳的結果而確認，天然氣氣源是所有滲碳熱處理氣源中*好的氣源[1] [9]，它不僅僅是價廉，能大大降低成本（四川重型汽車制造廠采用凈化的天然氣生產后單氣源耗損年節約約50萬元，一汽大眾也取得相似效果），而且滲碳傳輸*快，保持較高的有效碳勢當量；（排除那部分能增加碳勢，但進入滲碳件因氧參與下的內氧化，使滲碳速度較緩，活力較差的碳勢）；表面含碳量*高，滲碳時間*短，滲碳件表面非馬氏體組織的厚度和密度*低，一般均能0.003mm以下[2](淺腐蝕)、表面硬度HRC61以上（HV1轉換）；碳化物極度彌散[3]（該文金屬熱處理編輯將總硫5mg/m3控制改為20mg/m3控制）。早在70年代市場上就有各式各樣的脫硫設備、高效脫硫劑等。含糊地講：控制總硫，不講脫有機硫和無機硫的深度，混淆兩種硫實質上的差別，模糊技術實質帶有商業性的炒作，而且進入城市的天然氣，其有機硫、無機硫，就具有差距很大的波動范圍，須經受長期檢測考驗，以防其偶然性的合格過關。
我國應用天然氣是世界上*早的國家，有1000多年歷史。廣義地講，天然氣可分油成氣、（大慶等）氣成氣（四川等）、煤成氣等。狹義地將煤成氣（瓦斯）分出。對其成因，氣礦、天然氣處理及脫硫廠等。請參考［11］，本文不作介紹。
1.6.1城市民用天然氣情況
民用天然氣或稱城市用天然氣為I和II標準。III標準當H2S≤20mg/m3，也允許供用。
天然氣技術要求（ GB17820-1999）
質量指標 | I | II | III | IV | |
總硫mg/m3 | ≦150 | ≦200 | ≦460 | ＞460 | |
H2Smg/m3 | ≦6 | ≦20 | |||
CO2% | ≦3 | ≦3 | |||
水份 | 無游離水 |
重慶臥龍河進入城市天然氣有機硫組成情況。有機硫經研究約26種：
（1）硫醇RSH 甲硫醇CH3SH 一般占有量
乙硫醇C2H5SH 50-200mg/m3
（2）硫醚 RSR 甲硫醚CH3SCH3
乙硫醚C2H5SC2H5 10-100mg/m3
（3）二硫化碳CS2 ＜50mg/m3
（4）二硫化物 R-S2-R（甲二硫醚CH3S2CH3） ＜50mg/m3
（5）氧硫化物 COS （羰基硫） ＜20mg/m3
（6）噻吩C4H4S
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