钢件真空渗碳淬火
1 范围
本标准规定了真空渗碳淬火的术语和定义、工艺分类及代号，设备及工艺材料、工艺及工艺过程、质量控制和检验、安全卫生和环保等要求。
本标准适用于钢件真空渗碳淬火的热处理工艺。
2 规范性引用文件
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
GB 150 钢制压力容器
GB/T 230.1 金属材料 洛氏硬度试验 第1部分：试验方法（A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T标尺）（GB/T 230.1—2009，ISO 6508-1：2005，MOD）
GB/T 3480.5 直齿轮和斜齿轮承载能力计算 第5部分：材料的强度和质量（GB/T 3480.5—2008，ISO 6336-5：2003，IDT）
GB/T 4340.1 金属材料 维氏硬度试验 第1部分：试验方法（GB/T 4340.1—2009，ISO 6507-1：2005，MOD）
GB/T 5216 保证淬透性结构钢
GB 5959.1 电热装置的安全 第1部分：通用要求（GB 5959.1—2005，IEC 60519-1：2003，IDT）
GB 5959.4 电热装置的安全 第4部分：对电阻加热装置的特殊要求（GB 5959.4—2008，IEC 60519-9：2005，IDT）
GB 6819 溶解乙炔
GB/T 7232 金属热处理工艺术语
GB/T 9450 钢件渗碳淬火硬化层深度的测定和校核（GB/T 9450—2005，ISO 2639：2002，MOD）
GB/T 9452 热处理炉有效加热区测定方法
GB/T 10067.1 电热设备基本技术条件 第1部分：通用部分
GB/T 10067.4 电热设备基本技术条件 第4部分：间接电阻炉
GB/T 12603 金属热处理工艺分类及代号
GB/T 13324 热处理设备术语
GB 15735 金属热处理生产过程安全卫生要求
GB/T 22561 真空热处理
JB/T 3999 钢件的渗碳与碳氮共渗淬火回火
JB/T 6050 钢件热处理零件硬度测试通则
JB/T 7530 热处理用氩气、氮气、氢气一般技术要求
JB/T 8195.3 间接电阻炉 ZR系列真空热处理和钎焊炉
JB/T 8195.4 间接电阻炉 ZC系列真空淬火炉
JB 8434 热处理环境保护技术要求
JB/T 10175 热处理质量控制要求
QC/T 262 汽车渗碳齿轮金相检验
SH/T 0553 工业丙烷、丁烷
3 术语和定义
GB/T 7232、GB/T 13324中确定的术语和定义适用于本标准。
4 工艺分类及代号
真空渗碳淬火工艺分类及代号应符合GB/T 12603规定，见表1。
表1 真空渗碳淬火工艺分类及代号
注：碳富化率：真空渗碳炉在试验温度下达到热稳定状态时，通入富化气，工件单位面积上单位时间内的碳增量。碳富化率按式（B.1）计算：
式中 F——工件表面碳富化率[mg/（cm2·h）]；
w0——工件渗碳前质量（mg）；
w——工件渗碳后质量（mg）；
t——富化气通入总时间（h）
S——工件表面积（cm2）。
5 设备及工艺材料要求
5.1 真空渗碳淬火设备分类
真空渗碳淬火设备分为单室或双室真空渗碳高压气淬炉、双室真空渗碳油淬炉、多室真空渗碳炉与真空高压气淬室或真空油淬室组成的生产线。
5.2 真空渗碳淬火设备的一般要求
真空渗碳淬火炉应符合GB/T 22561、GB/T 10067.1、GB/T 10067.4、JB/T 8195.3、JB/T 8195.4的规定。
5.3 真空渗碳炉
5.3.1 真空渗碳炉应符合JB/T 10175的规定。
5.3.2 真空渗碳炉的每个加热区应有两支热电偶，一支接温度自动控制仪表，另一支接温度指示自动记录仪表，安装在靠近炉子的有效加热区，其中一块仪表具有报警功能。
5.3.3 渗碳炉有效加热区内温度均匀性偏差应不大于±5℃，炉温均匀性应按GB/T 9452的规定测量，炉子应配备炉温均匀性测定用安装孔。
5.3.4 真空渗碳炉应配置电压，电流、电能消耗、炉子温度、炉内压强、冷却水温度测量指示仪表。
5.3.5 真空渗碳炉应配置渗碳工艺气氛压强、流量测量指示和控制、冷却水管路压强、流量测量指示和控制。
5.3.6 使用的仪表和热电偶等传感器应定期检定。
5.3.7 在常压下加热允许对地绝级电阻应不低于5MΩ，在不通冷却水条件下测量。
5.3.8 极限真空压强不低于50Pa。抽气时间应不大于30min。
5.3.9 炉子使用过程中，真空压强应能满足工艺要求。单个渗碳室真空压升率应不大于0.5Pa/（L·s），对于多个渗碳室组成的生产线，总压升率可叠加而得（压升率在炉子充分干燥后测定）。
5.3.10 真空渗碳炉富化气喷嘴在炉内分布要均匀，流量和压力控制精确，确保炉内气氛均匀。
5.3.11 真空泵组前级应配备炭黑、焦油过滤装置并定期清理，真空泵应定期换油、维护保养。
5.3.12 真空渗碳炉应定期进行检查和维护，并做好记录。
5.4 真空淬火室
5.4.1 高压气淬室
5.4.1.1 高压气淬室设计、制造应符合GB 150的规定。
5.4.1.2 高压气淬室应配备压力传感器、安全阀等装置。
5.4.1.3 气淬室应配备淬火冷却气氛充入压强自动控制和压强自动补偿功能。
5.4.1.4 冷却搅拌风扇转速和搅拌时间应可以调节，以适用不同的工艺要求。
5.4.1.5 气淬室换热器和导流装置设计、制造应能满足高压气淬工艺要求。
5.4.1.6 气淬室换热器一般采用水冷方式，冷却水进口水温一般不大于27℃、压力不小于0.2MPa，流量可以调节。
5.4.1.7 气淬室放气管路应配备消声器。
5.4.1.8 气淬室应具有压力调节功能，可以适应工件缓冷要求。
5.4.1.9 高压淬火用气优先选用氮气（N2），也可用氦气（He）、氢气（H2）、一氧化碳气（CO）以及它们之间不同比例的混合气，纯度应符合JB/T 7530的要求。
5.4.1.10 对于淬火压力要求大于0.8MPa的储罐，应采用液氮增压泵+汽化方式达到储罐设定压强。为确保增压充气安全，增压泵与高压储罐压强传感器应设置安全互锁装置。
5.4.2 真空油淬室(www.xing528.com)
5.4.2.1 淬火槽中升降机构应具备安全应急装置。
5.4.2.2 淬火槽淬火瞬间充入氮气时，油面压强应能自动控制。
5.4.2.3 淬火油槽温度应能自动控制和调解，采用两支热电偶进行控制、记录和报警。
5.4.2.4 淬火槽油面压强推荐8×104Pa。
5.4.2.5 淬火油搅拌速度应具备调节和自动控制功能。
5.4.2.6 导流装置和油冷却换热器应满足工艺要求。
5.4.2.7 淬火油槽应安装油位指示计和油位安全报警装置。
5.4.2.8 淬火油应选用真空淬火油，首次加油后要进行加热、抽真空除气。
5.4.2.9 为适应工件缓冷要求，真空油淬室应具有≤0.2MPa气冷功能。
5.4.3 工艺材料
5.4.3.1 真空渗碳富化气为乙炔气（C2H2）或丙烷气（C3H8），纯度不低于96%，并应符合GB 6819、SH/T 0533的规定。
5.4.3.2 工艺过程压强调解用气体为高纯氮气（N2），纯度不低于99.995%，并应符合JB/T 7530的相关规定。
5.4.3.3 富化气和氮气（N2）管路中应设减压、稳压以及压强报警装置，压强应稳定在0.2MPa左右。
6 工艺及工艺过程要求
6.1 工艺参数
6.1.1 真空渗碳加热温度
真空渗碳加热温度一般采用920～1050℃，常用真空渗碳温度920～980℃。
6.1.2 渗碳压强和气体流量
真空渗碳室压强一般为300～2000Pa，常用压强400～800Pa，工艺气氛进口压强一般设定为0.2MPa。强渗过程中富化气的供给应采用脉冲方式通入。为了平衡炉内压强，扩散过程可通入适量氮气。强渗过程中富化气通入量一般按装入工件表面积确定。表面积越大，流量也越大。每炉工件表面积一般不大于20m2。富化气流量见附录A。
6.1.3 真空渗碳保温时间
真空渗碳保温时间分为渗碳时间、扩散时间。渗碳时间按工艺温度、深层深度、碳富化率来确定，碳富化率一般为8～15mg/（cm2·h）。扩散时间主要按表面碳含量和碳含量梯度来确定。渗碳保温时间见附录B。
6.2 工艺过程要求
6.2.1 工件及工装
入炉工件及工装应进行清洗并烘干，不应有锈斑，不应有对工件、炉膛产生有害影响的污物、低熔点涂层、镀层等。需要防渗碳部位可采用镀层或戴防渗螺母等办法。
6.2.2 装炉
轴类产品不应用平板冲孔的工装挂放，应采用三点支撑方式挂装；或者双层组合工装竖放。串放产品应保证有一定的间距，应有轴向定位防止高压气淬时摇摆。
平放产品应上、下层工件中心错开放置，若支撑板上装料位置无固定脚，应采用挡边，防止工件气淬时滑落；支撑方式最好是三点支撑；不能用冲孔平板。
6.2.3 升温
空炉应采用860～890℃保温，工件入炉后达到规定的真空度开始加热升温。根据工件形状、装炉方式以及对变形的要求选择不同的加热速率，一般在700～800℃、保温25～45min，然后继续升温到工作温度，并保温20～30min后开始渗碳。
6.2.4 渗碳和扩散
6.2.4.1 对于畸形要求严格的工件可选择渗碳温度下限。
6.2.4.2 齿轮类工件采用脉冲方式供气时，可减小轮齿节圆部位和齿根部位的层深差，但富化气单个脉冲时间不应小于50s。
6.2.4.3 对于盲孔和深孔渗碳工件，富化气应采用乙炔气（C2H2）。并用较高供气压强和气体流量进行供气，必要时富化气中可适量添加高纯N2以避免炭黑的产生。
6.2.5 淬火
6.2.5.1 高压气淬
真空渗碳高压气淬的工件，应选用高淬透性低碳合金结构钢，并应符合GB/T 5216的规定。对于齿轮类工件，心部硬度要求25～45HRC时，材料淬透性J11≥30HRC；心部硬度要求30～48HRC时，材料淬透性J11≥35HRC。
高压气淬温度应比油淬温度要高，气淬压力、搅拌速度、淬火时间依据工件大小和畸变要求而定。对于20CrMnTiH、20CrMoH、20CrNiMoH等气淬温度应为860～900℃。
气淬过程可以在不同阶段通过选择不同的冷却速度和冷却时间来实现对工件的分阶段冷却淬火，从而减小工件畸变。
需要二次淬火工件，气淬室可以作为缓冷室使用，用做缓冷时，应采用低压力气冷。
6.2.5.2 油淬火
淬火时，油淬室应充入高纯氮气，压强为8×104Pa。淬火时，油槽应进行搅拌和循环冷却。
6.2.6 出炉及清洗
工件应冷到小于100℃出炉，油淬工件出炉后应进行清洗除油。
7 质量控制与检验
7.1 质量控制
热处理质量控制应符合JB/T 10175和本标准的规定执行。
7.2 质量检验
真空渗碳淬火质量检验一般应在回火后进行，回火要求应符合JB/T 3999的规定。
7.2.1 外观
工件表面应光亮、无裂纹等缺陷。一般采用目视检查，必要时可采用体视显微镜或放大镜等确认。
7.2.2 硬度
表面硬度和心部硬度应符合图样技术要求，偏差要求应符合JB/T 3999的规定或供需双方的技术协议要求，硬度检验方法应符合GB/T 230.1，GB/T 4340.1，JB/T 6050的规定。
7.2.3 硬化层深度
硬化层深度应符合图样技术要求，偏差应符合JB/T 3999的规定或供需双方的技术协议要求，硬化层深度的检验方法应符合GB/T 9450的规定。
7.2.4 金相组织
金相组织检查应包括马氏体级别、表面残留奥氏体数量、表面非马氏体组织、碳化物形态分布及数量等。
金相组织检查应符合GB/T 3480.5、QC/T 262的规定，或按供需双方的技术协议要求。
7.2.5 畸变
畸变应符合产品过程控制中对畸变量的要求，工件畸变量使用相应的测量仪器或量检具进行检验。
7.2.6 其他
依据产品要求，做其他力学性能的检测。
检测方法采用相应专门设备和标准进行。
8 安全卫生和环保要求
8.1 安全卫生应符合GB 15735、GB 5959.1、GB/T 5959.4和JB 8434的规定。
8.2 高压气罐及管路按特种设备要求，由所在地技术质量监督局定期检定。
8.3 高压气罐与增压系统安装、管路连接、验收必须有相应资质的部门人员完成，并严格执行安检程序。
8.4 生产过程中突发停电、停水、停气等意外事故时的设备本身和现场管理，应有相应的安全应急措施，以保证人员、设备和工件的安全。
8.5 易燃易爆气体应存放在专用库房内，设置明显安全警示标志，并应妥善保管和安全使用。
附录A
（资料性附录）
富化气流量
富化气流量见表A.1。
表A.1 富化气流量
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