JB/T 11809-2014 真空低压渗碳炉热处理技术要求

CEPICJB/T 11809- -2014前言本标准按照GB/T 1.1- 2009给 出的规则起草。本标准由中国机械工业联合会提出。本标准由全国热处理标准化技术委员会(SAC/TC75)归口。本标准负责起草单位:北京机电研究所、江苏丰东热技术股份有限公司。本标准参加起草单位:北京易利工业炉制造有限公司、北京华海中谊工业炉有限公司、浙江双环传动机械股份有限公司。本标准主要起草人:丛培武、向建华、高文栋、胡东彪、李俏、史天振、李宝军、徐跃明。本标准为首次发布。IICEPICJB/T 11809- -2014真空低压渗碳炉热处理技术要求1范围本标准规定了真空低压渗碳淬火热处理设备，工艺过程，质量控制与检验，安全、卫生和环保等技术要求。本标准适用于钢件采用乙炔、丙烷等羟类气体作为渗碳介质进行真空低压渗碳淬火的热处理工艺。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB150.1压力容器第1 部分:通用要求GB 150.2压力容器第2部分: 材料GB 150.3压力容器第3 部分:设计GB150.4压力容器第4 部分:制造、检验和验收GB/T230.1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 3095环境空气质量标准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/T4340.1金属材料 维氏硬度试验第1部分:试验方法GB/T4844纯氦、 高纯氦和超纯氦GB 4962氢气使用安全技术规程GB/T5216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 5959.4电热装置的安全 第4部分:对电阻加热装置的特殊要求GB 6819溶解乙炔GB/T7232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 9452热处理炉有 效加热区测定方法GB/T 10066.1电热设 备的试验方法第1部分:通用部分GB/T 10066.4电热设备 的试验方法第4部分:间接电阻炉GB/T 10067.1电热装置基本技术条件 第1部分:通用部分GB/T 10067.4电热装置基本技术条件 第4部分:间接电阻炉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GB/T 25744钢件渗碳淬火回火 金相检验JB /T 3999钢件的渗碳 与碳氨共渗淬火回火JB/T6050钢铁热处理零件硬度测试通则1CEPICJB/T 11809- -2014JB/T 6955热处理常用淬火介质技术要求JB/T7530热处理用氩气、 氮气、氢气- -般技术条件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SH 0553--993工业丙烷、 丁烷3术语和定义GB/T 7232、GB/T 13324界定的术语和定义适用于本文件。3.1真空低压渗碳vacuum low pressure carburizing在真空炉内采用低于3 000 Pa的乙炔、丙烷等羟类气体作为渗碳介质进行的真空渗碳工艺。3.2真空高压气淬vacuum high pressure gas quenching在真空炉内采用高于5X10' Pa的单一-或多种非氧化性气体作为淬火介质的气淬工艺。4真空低压渗 碳炉分类4.1真空低压渗 碳炉按结构型式可分为卧式、立式。4.2 真空低压渗碳炉按功能空间可分为单室、双室、多室。5真空低压渗碳炉要求5.1 - 般要求真空低压渗碳炉应满足热处理工艺规范，技术参数应符合GB/T 22561、 GB/T 10067.1、GB/T 10067.4的规定。5.2真空低压渗碳炉组成真空低压渗碳炉主要由炉壳、渗碳加热室(炉胆)、渗碳气体送排气系统、高压气淬系统、油淬系统、真空系统、控制系统和辅助设备组成。5.3真空低压渗碳炉各部分要求5.3.1 炉体5.3.1.1炉体由炉壳和炉门组成。炉壳为双层水冷套结构，炉门也为双层水冷套结构。外层用优质碳钢，内层用碳钢或不锈钢板焊接制成。5.3.1.2炉体的设计、制造、检验安装应符合GB 150.1~GB 150.4 的规定。对于高压炉体，制造商必.须具备高压容器的设计和制造资质。5.3.1.3炉壳焊 接加工后，必须经过去应力处理，并进行水压、气压及检漏仪的检测，保证焊接质量和炉壳的气密性。5.3.1.4具备高压气淬功能的炉体，其炉门法兰和炉体法兰应采用齿啮式卡箍连接结构。卡箍连接系统应配有安全联锁装置，只有安全联锁装置确认卸压后，炉门才能打开，并且应设置明显的标志来区别操作状态和开启状态。2CEPICJB/T 11809- -20145.3.2渗碳加热室(炉胆)5.3.2.1真 空低压渗碳炉渗碳加热室内的结构材料在热处理过程中不应与工件或渗碳气体发生反应。5.3.2.2加热室内的加热元件采用石墨材质，根据设计要求，制成圆棒状或带状。加热元件的布置和功率分布应保证炉温均匀性和加热工艺的要求。5.3.2.3隔热层-般采用多层碳毡， 最内层为经过高温烧结的石墨硬毡。隔热屏总厚度- -般不小于50 mm。5.3.2.4渗碳加热室内 安装有石墨料台，料台应在最高加热温度和最大装载量条件下具有足够的强度。在料台横梁上应有陶瓷隔条，防止料盘或工装直接与石墨横梁接触。5.3.2.5渗碳加热室内 设有与外部充气系统相连接的渗碳气体喷嘴，喷嘴一般为多 组，以保证渗碳加热室内的气氛均匀。5.3.2.6对渗碳加热室应进行 定期检查和维护。5.3.3渗碳气体送排气系统5.3.3.1渗碳气体送气系统包括外部气源、 送气管路、充气阀、质量流量计、炉内喷嘴等。5.3.3.2渗碳气体排气系统包括真空机组、 排气管路、放气阀、炭黑过滤器等。5.3.3.3真空低压渗碳炉采用低压脉冲的方 式向炉内送入低压渗碳气。5.3.3.4根据装炉条 件和渗层等工艺要求的不同，开启一-组或多 组渗碳气体喷嘴。每组喷嘴配备独立的送气系统，应能够通过质量流量计独立精确控制渗碳气体送气的流量，确保炉内气氛均匀。5.3.4高压气淬系统5.3.4.1高压气淬系统包括冷却电动机、 风机、热交换器、导流装置等。5.3.4.2气淬可以采用外循环或内 循环方式。炉内气体喷射方向可以采用360°圆周喷射、上下(交替)喷射、左右(交替)喷射、前后(交替)喷射或上述喷射方式的组合，应能满足高压气淬工艺要求。5.3.4.3高压气淬室设计、 制造、检验、安装应符合GB 150.3、GB 150.4的规定。53.4.4高压气淬室应配备压力传感器、自动放气阀、安全保护阀等装置.5.3.4.5高压气淬室应具备 淬火冷却气体充入压强自动控制和压强自动补偿功能。高压气淬时，从打开充气阀开始充气至设备达到额定充气压力和冷却电动机起动并达到规定转速所需的时间一-般不大于25 so5.3.4.6冷却风机转速和冷却时间应可以调节，以满足不同的工艺要求。5.3.4.7高压 气淬室热交换器-般采用水冷 方式单独供水，冷却水进口温度为5'C~35"C (具有特殊要求的水温不高于27C，应配有冷却水装置);出水口温升不应超过20C (气淬时允许短时超越)。快速冷却水压力不小于0.2 MPa,流量可以调节，配有断水报警保护装置。5.3.4.8高压气淬室放气管路应配备消声器。5.3.4.9高压 气淬室应具有压力调节功能，以适应工件缓冷要求。5.3.4.10高压淬火用气优先选用 高纯氮气(N2), 也可用氩气(Ar)、 氦气(He)、 氢气(H2)等气体及它们之间不同比例的混合气，纯度应符合JB/T 7530的规定。氦气的使用应符合GB/T 4844的规定，氢气的使用应符合GB 4962的规定。5.3.5油淬系统5.3.5.1真空油淬 室内应设有送料机构和淬火升降机构。送料机构完成工件在加热室和冷却室之间的转移，淬火升降机构完成工件的入油淬火。5.3.5.2送料机构和淬 火机构应保证运行平稳，并保证工件的淬火转移时间。工件由加热室开始向油淬室移动至完全浸入淬火油的总时间应不大于25 s。5.3.5.3淬火油槽淬 火瞬间充入氮气时，油面压强应能自动控制。淬火槽油面压强推荐8X 10+ Pao5.3.5.4淬火汕槽温 度应能自动控制和调节，采用具有控温功能的仪表、热电偶、汕加热器等对真空3CEPICJB/T 11809- -20145.4真空低压渗碳炉基本技术指标5.4.1最高温度真空低压渗碳炉最高温度-般为1 350C。5.4.2工作温度真空低压渗碳炉工作温度般为920°C~1 050"C.5.4.3炉温均匀性真空低压渗碳炉在有效加热区内的炉温均匀性不大于土8"C。其炉温均匀性检验方法应符合GB/T 9452的规定。5.4.4极限真空度真空低压渗碳炉的极限真空度不大于1.33 Pao5.4.5工作真空度 及抽空时间真空低压渗碳炉工作真空度不大于5 Pa。当工作容积小于1 m3时，抽至工作真空度时间应不超过20 min;工作容积介于1 m3~5 m3之间时，抽至工作真空度时间应不超过40 min;工作容积大于5 m3时，抽到工作真空度时间应不超过60 min.5.4.6压升率真空低压渗碳炉加热室在冷态、空炉状态并经过充分干燥后的压升率一般应小于 1.33 Pa/h.5.4.7空炉升温时间真空低压渗碳炉应在加热开始后1h内升到1050'C.5.5 性能测试要求5.5.1试验条件真空低压渗碳炉的试验条件应按GB/T 10066.1和GB/T 10066.4的规定进行。5.5.2压升率的测量按GB/T 10066.1- -2004 中7.1.10.3规定的方法测量。5.5.3工作真空度 的测量按炉的额定装炉量和试验工艺进行工业运行以测量工作真空度。5.5.4极限真空度的测量炉子首先经烘炉并充分除气后，在空炉冷态情况下，用真空炉本身配套的真空系统进行测量，按正常情况下启动真空泵，应达到5.4.4的规定。5.5.5抽空时间的测量空炉条件下，从炉内起始气压为一一个大气压(1X10' Pa) 时起动真空泵抽气，到炉内真空度达到5.4.5规定的工作真空度的时间，即为抽空时间。sCEPICJB/T 11809- 20145.5.6空炉升温 时间的测量空炉条件下，炉内真空度达到工作真空度后即可进行试验。试验电压的波动不应超过额定电压值的土10%。从炉子接通电源到炉温升至额定温度的时间即为空炉升温时间。如炉子使用多支热电偶，以最后--支热电偶升至额定温度的时间为准。5.5.7炉温均匀性的测量炉温均匀性应在试验温度下的热稳定状态进行测量。其测量应按GB/T 9452的规定进行。5.6设备可靠性5.6.1真空低压渗碳炉故障分类一类故障一 在生产中 发生必须停炉降温检修的故障。二类故障一-在生产中炉内发生可在不影响生产的情况下迅速修复的故障。三类故障-在生产中 发生属于电器元件质量、安装不牢固或运行不顺畅等只需稍作紧固或调整即可解决的问题。注:对易耗品的正常损坏和更换不视为故障。5.6.2真空低压渗碳炉可靠性指标5.6.2.1 1 年内不得出现因设备设计制造不当造成的一-类故障(不包括因操作维护不当或易损件提前失效造成的停炉故障)。5.6.2.2六个月内不得出现因设备设计制造不当造成的:二类故障(不包括因操作维护不当或易损件提前失效造成的停炉故障)。5.6.2.3一个 月内不得出现3次三类故障(不包括零部件异常失效等造成的停炉故障)。5.6.2.4设备的炉体使用寿命应保证在 5年以上,发热元件使用寿命应保证在2年以上，加热电源使用寿命应保证在5年以上，真空泵使用寿命应保证在1年以上。6工艺及工艺过程要求6.1 渗碳气体要求6.1.1真空低压渗碳气体为乙炔气 (C2H2)或丙烷气(C]Hg),纯度应不低于96%，并应符合GB 6819和SH 0553- -1993 的规定。6.1.2工艺过程压强调节用气体 为高纯氦气(N2), 纯度应不低于99.996%，并应符合JB/T 7530 的规定。6.2工艺参数6.2.1真空渗 碳加热温度真空低压渗碳温度- -般采用 920C~1 050C。对于对畸变要求严格的工件可选择较低的渗碳温度。6.2.2渗碳压 强和气体流量真空低压渗碳气体压强一般为300 Pa~2 000 Pa,常用压强为400 Pa~ 800 Pa,渗碳气进口压强一般设定为2X105 Pa，并能维持恒定。强渗过程中渗碳气的供给应采用脉冲方式通入，气体压力、流量应保持稳定。为了平衡炉内压强，扩散过程可通入适量氮气。强渗过程中渗碳气通入量- -般按装入工件CEPICJB/T 11809- -2014的表面积确定。6.3工艺过程要求6.3.1工件及工装6.3.1.1入炉工件及工装夹 具应进行清洗，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。需要防渗碳的部位可采用增加加工余量、镀层或戴防渗螺母等办法防渗碳。6.3.1.2工装夹 具的选择应防止与工件在工艺过程中发生低熔点共晶反应或粘合。6.3.1.3工件畸变要求比较高时， 可设计和使用专门的T装夹具或模具。6.3.1.4工件要装炉合理， 并随炉装有试样，试样的材料和前期处理条件应与工件相同，试样的尺寸应能反映工件的真实检测情况。6.3.2加热及保温工件入炉达到规定的工作压强后加热升温。控制升温速度，使工件各部分之间不产生明显的温差。根据工件形状、装炉方式及对变形的要求选择不同的加热速率，在低温阶段可采用对流加热。一-般在700'C~800'C预热，待工件温度-一致， 继续升温到工作温度并保温20 mia~30 min后开始渗碳。6.3.3渗碳6.3.3.1对于对 畸变要求严格的工件可选择较低的渗碳温度。6.3.3.2真空低压渗碳时间分为强渗碳期和扩散期。强渗期时间和扩散期时间及脉冲次数可通过具体试验或工艺软件获得。6.3.4淬火冷却6.3.4.1高压气淬真空低压渗碳高压气淬的工件，应选用高淬透性低碳合金钢.并应符合GB/T 5216的规定。高压气淬压力-般为5X105 Pa~20X 105 Pa.为了减小工件变形，高压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。6.3.4.2油淬火真空淬火油在淬火前应充分脱气并排除水分，必要时适当加热，使油温控制在20C~80C范围内。为控制油面压强，淬火时应充入高纯氮气，并控制压强在8X 10* Pa左右。淬火时，应对油槽进行搅拌和循环冷却。6.3.4.3炉冷按工艺规定随炉冷却时，冷却过程应保持真空度，当炉温降至100C以下时方可停止抽真空。6.3.5出炉及清洗工件应降温到低于100C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7.1.1热处理 质量控制应符合JB/T 10175和本标准的规定。7CEPICJB/T 11809- -20147.1.2处理前工件 的表面应无油污、伤痕及锈蚀，其原材料及金相组织应符合要求。7.1.3对局部渗碳的工件应有适当的保护措施。7.1.4工件装夹 具应避免工件渗碳部位相互接触。7.1.5真空渗碳炉的各工艺参数应稳定在工艺规定的范围内，定期对温度仪表、热电偶、真空计、质最流最计等进行检查并定期校验，以保证其工作准确性.7.1.6渗碳气气源质 量应稳定，符合相应的标准或技术规范要求。7.2质量检验7.2.1外观工件表面应光亮、无裂纹、磕碰、锈蚀及氧化皮等缺陷。一般采用目视检查,必要时可采用放大镜或体视显微镜等确认。7.2.2硬度工件表面硬度和心部硬度应符合图样规定或符合工艺规定的技术要求，偏差应符合JB/T 3999的规定，硬度检验方法应符合GB/T 230.1、GB/T 4340.1和JB/T 6050的规定。7.2.3硬化层深度经渗碳淬火后的工件，其硬化层深度应符合图样要求或工艺规定的技术要求，偏差应符合JB/T 3999的规定或供需双方技术协议的要求，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验应包括马氏体级别、残留奥氏体级别、碳化物形态级别等。金相组织检验应符合GB/T 3480.5、GB/T 25744的规定，或供需双方技术协议的要求。7.2.5畸变畸变量检测应使用相应的测量仪器或量具，工件畸变应符合产品过程控制中对畸变量的要求。7.2.6其他依据产品要求，进行力学性能测试。检测方法采用相应设备和按相应标准进行。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真空低压渗碳炉操作人员应接受设备生产厂家或拥有相关资质的机构进行设备操作及安全培训后持证上岗。8.3真空渗 碳淬火工艺使用气体中不允许混入空气，保证安全进出炉。8.4真空热处理过程中的气体排放应符合GB 3095的要求，必要时应对排出气体进行净化处理。8.5真空低压渗 碳炉工作时，主炉体表面温升应不高于20C。8.6在常压 不通冷却水条件下，加热元件对地绝缘电阻应不低于5 MS。8.7设备停炉或 长期放置时，所有真空室必须抽真空，防止:炉内材料长期接触空气造成设备真空度等性能指标的下降。8.8高压储气罐及管路按特种设备要求，由所在地质量技术监督局定期检定。CEPICJB/T 11809- -20148.9 高压储罐与增压系统的安装、 管路连接、验收必须由具有相应资质的部门人员完成并严格执行安检程序。8.10设备所有电加热系统和可能伤及操作人员的运动部件均应设置可靠的防护罩和明显的瞥示牌。8.11生产过程中突发停电、 停水、停气等突发情况时，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。8.12在结冰天气或 长时间停炉时，应注意排放炉体夹层和管路中的循环水，防止炉体、真空泵机组等部件冻裂。8.13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。