在应用热处理理论时,了解表面硬化设备和工艺的实际情况至关重要

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在过去的几十年里,有很多关于表面硬化过程的观点和公式,特别是吸热和低压渗碳(LPC)和相关的油和高压气淬(HPGQ)。大气氮化、铁素体氮渗碳(FNC)和等离子体渗碳/氮渗也得到了令人麻木的解释。这篇文章以及以后的专栏文章将帮助读者实践其他人所宣扬的。

在我参加的AGMA 2010秋季技术会议的第一阶段的报告中,只有两篇论文讨论了热处理:第一篇是由本文作者讨论的气氛渗碳,第二篇是由沃尔克·霍伊尔博士,ALD真空技术,gmbh强调LPC/高压氦淬火。

拥有多年的冶金和热处理故障排除、设备调试、工艺、设计和开发LPC/HPGQ和大气等离子设备和工艺经验,理论与实践相分离,现实与烟道镜相分离,并提供所需信息,为您的渗碳和氮化要求做出明智的应用决策。

超越历史和炒作

吸热或大气平衡渗碳已经有近一个世纪的历史,并将继续是外壳硬化过程中最适用的齿轮制造商想要传递磨损和强度的产品。然而,在过去的7到10年里,真空渗碳(VC),或者更具体地说LPC,已经在一些汽车变速器中找到了市场。为什么,如果LPC如此伟大,所有的动力传动系统供应商没有走LPC的路,或氮化处理呢?

各种形式的真空渗碳已经有60多年的历史了,最近被称为低压渗碳。在以丙烷气体为碳源的早期VC设备供应商中,产生了大量的煤烟,定义了整个过程,并给VC带来了负面的声誉。病例深度均匀性差,气体分配系统也是如此。在一个实例中,30英寸长的轴进行渗碳和缓慢冷却,倒置,再进行渗碳,以实现从一端到另一端的外壳均匀性。在那些早期的日子里,分压大约是100托(133毫巴)。在多年的发展中,许多OEM的设备工作得相当好,在某些情况下使用天然气可以在100到400托(533毫巴)之间运行。760托[1013毫巴]=一个大气压。

从1970年到1990年,LPC采用了10到20巴(7.5到15托)的分压来减少烟灰沉积,在欧洲和亚洲采用了丙烷,而在美国,真空渗碳主要由于烟灰的恐怖故事而失去了吸引力。在欧洲开发LPC的同时,与欧洲钢铁制造商合作,热工模锻钢H-13 (4Cr5MoSiV1)开始在单室真空炉(SCVF)的六巴压力下用氮气进行高压气体淬火(HPGQ)。真空炉消除了常压炉中中性endo气的需要,并使HPGQ得以使用。没过多久,大约在1995年,HPGQ与LPC炉集成,试图在批量IQ渗碳炉中复制油淬。在80年代末和90年代初,同样在欧洲,气体淬灭压力开始攀升到20巴(290 PSI)氮气。从德国移植而来的等离子渗氮和渗碳几乎同时开始在美国流行起来。最终,等离子体工艺被过度炒作,再加上需要复杂的操作员干预,所以它们也失去了市场份额。

进入新千年,法国ALD GmbH和ECM将美国汽车变速器市场视为自己的发展方向。ALD的第一个LPC-HPGQ尝试是复制美国推炉在线概念,使用丙烷气进行混合审查。最终,他们重新定义了这个概念,将其定义为单独的模块ModulTherm,并改用乙炔气体作为碳源。法国ECM公司将LPC应用到隧道概念的系统中,实现了HPGQ和油淬的集成。两家公司都努力将这一过程整合到齿轮制造链中,但成功有限。

在欧洲20棒淬火发展期间,AISI 8620钢(20NiCrMo2)是美国流行的渗碳等级,但遗憾的是,HPGQ在易于在油中硬化的部分没有响应20棒氮冷却速率的淬炼性。这一认识开始了高合金钢的使用和在HPGQ中使用氦的举动。氦气非常昂贵,大约每100立方要25美元。英尺体积的氮大约是每100立方英尺0.45美元。它不能扔掉,所以必须找到一种回收的方法。一家工业气体供应商提供租用的系统,但成本很高,维修费用也很高。最终,加热炉的原始设备制造商开始出售他们自己的回收系统——但是仍然非常昂贵。它们是有效的和复杂的,需要多级压缩机和氧气到二氧化碳到分子筛洗涤器。它们确实可以回收99.5%的氦。在后面的专栏中,我将更详细地比较吸热原位渗碳、低压渗碳(LPC)、高压气淬(HPGQ)、油淬和液淬(水、聚合物和盐)、等离子渗碳、氮化和FNC等应用的优缺点、应用和成本影响。 along with equipment requirements.