可控气氛热处理技术优化方案

在无氧热处理技术的发展趋势中，首推可控气氛热处理。在炉气成分可控制的炉内进行的热处理称为可控气氛热处理。可控气氛热处理的应用有一系列技术和许多经济优点：能减少和避免钢件在热处理过程中氧化和脱碳，节约钢材，提高工件质量；可实现光亮热处理，保证工件的尺寸精度；可进行控制表面碳浓度的渗碳和碳氮共渗，可使已脱碳的工件表面复碳。在目前少品种、大批量生产中，尤其是碳素钢和一般合金结构钢件的光亮淬火、光亮退火、渗碳淬火、碳氮共渗淬火、气体氮碳共渗等，仍以可控气氛为主要手段，所以可控热处理仍是先进热处理技术的主要组成部分。

1）可控气氛热处理方法

根据可控气氛气源的制备方法，可控气氛热处理分以下几种：

（1）吸热式气氛热处理。用煤气、天然气或丙烷等与空气按一定比例混合后，通入发生器进行吸热反应（外界加热）而形成气氛。可通过调节原料气与空气的混合比来控制气氛的碳势，应用非常广泛。主要用于防止加热时的氧化和脱碳，如光亮退火、光亮淬火；也用于渗碳及碳氮共渗等化学热处理。

（2）放热式气氛热处理。用煤气、煤油或丙烷等与空气按一定比例混合后，进行放热反应而形成气氛。燃料气靠自身的燃烧反应而制成的气体，由于反应时放出大量的热量，故称作为放热式气氛。其对原料的要求不高、操作简单、成本低，但未经净化的气氛含CO2高，直接用于热处理会造成氧化和脱碳，应用受到一定限制。主要用于低、中碳钢的光亮退火和淬火等。它是所有制备气氛中最便宜的一种，主要用于防止加热时的氧化，如低碳钢的光亮退火，中碳钢小件的光亮淬火等。

（3）滴注式气氛热处理。用液体有机化合物（如甲醇、乙醇、丙醇、三乙醇胺等）混合滴入炉内而得到气氛。其原料易制取，装置简单，成分和碳势可自动控制，在原有井式炉或箱式炉上稍加改造即可，应用很广。主要用于渗碳、碳氮共渗、保护气氛退火和淬火等。

（4）氮基可控气氛热处理。除了采用氨加热分解的氮和氢作为气氛外，还可在纯氮气里加入2%～5%的氢气（或丙烷）作为保护气氛。它不需要反应发生气，设备投资少，适应性广，用于光亮退火和淬火，渗碳及碳氮共渗等。(www.xing528.com)

2）可控气氛热处理工艺

（1）渗碳。渗碳是轻纺行业中应用最广泛的工艺方法之一。用滴注式可控气氛渗碳在国内已经达到相当普遍的程度，尤其是在氧探头的气氛微量氧（氧势）测量、控制技术和配备微机可编程序控制器的碳势控制仪问世以后，在密封井式炉和箱式多用炉中进行可控气氛渗碳已成为一种趋势。

（2）碳氮共渗。钢件碳氮共渗时，渗层中碳氮含量不当，容易出现反常组织，造成硬度下降。因此，应针对不同钢种及不同的使用性能要求，确定渗层中的最佳碳氮含量，并通过调节共渗气氛的活性浓度及含碳氮介质的比例，以保证得到性能优良的碳氮共渗层。碳氮共渗能够提高接触疲劳强度，20Cr钢轴承套圈热处理工艺可由渗碳＋淬火＋回火改为碳氮共渗＋淬火＋回火，GCr15钢制轴承热处理工艺可由淬火＋回火改为碳氮共渗＋淬火＋回火，以提高表面硬度、表面接触疲劳强度，从而提高轴承寿命。

（3）光亮退火、淬火、复碳。在保护性可控气氛中进行退火、淬火可防止氧化和脱碳，得到光亮如新的表面，提高零件的表面质量。

常规热处理的零件表面常因脱碳而造成表面硬度不合格，可以采用在保护气氛中先进行复碳处理，然后再进行保护气氛的淬火＋回火，使常规热处理的废品零件表面得到复碳，重新达到性能要求。我国在掌握和推广可控气氛过程中，在解决气氛问题上走过了漫长的道路。最早的吸热式气氛发生炉主要用液化气，即纯度较高的丙烷或丁烷。近几年已证实，我国的天然气资源丰富，为用甲烷制备吸热式气氛创造了良好条件。