氮气甲醇丙烷和甲醇丙烷渗碳气氛的对比
■孙伟，李检贵，康风波
摘要：对氮气甲醇为载气丙烷为富化气的渗碳气氛和以甲醇为载气丙烷为富化气的渗碳气氛进行G20Cr2Ni4钢制轴承套圈渗层渗碳对比试验。选用氮气甲醇为载气丙烷为富化气的渗碳气氛，不仅符合节能环保低碳的要求，渗碳质量也不低于传统的甲醇为载气丙烷为富化气的渗碳气氛，同时由于其渗碳速度快可以缩短生产周期，节约生产成本。
关键词：载气；富化气；渗碳气氛；氮气甲醇
1. 试验材料
试验选用G20Cr2Ni4钢制轴承套圈，其渗碳层深要求不小于7.0mm。试验用G20Cr2Ni4材料化学成分见表1，其炉内试样及炉顶试样均与套圈材质相同。
图1 甲醇为载气丙烷为富化气的渗碳气氛工艺曲线
图2 氮气甲醇为载气丙烷为富化气的渗碳气氛工艺曲线
2. 试验方法
试验设备为1.8m×2m井式渗碳炉。每种气氛下井式渗碳炉均满载装炉，炉内上中下位置放3个试样，炉顶放5个试样。炉顶试样入炉第三天开始一天取炉顶试样1个。
（1）甲醇为载气丙烷为富化气的渗碳气氛甲醇流量：2.4L/h，丙烷0.2m3/h（通过仪表控制）。仪表CO计算碳势含量设为30%。甲醇为载气丙烷为富化气的渗碳气氛工艺曲线如图1所示。
（2）氮气甲醇为载气丙烷为富化气的渗碳气氛 甲醇流量为1.8L/h，氮气流量为2.0m3/h，丙烷为0.2m3/h（通过仪表控制）。仪表CO计算碳势含量设为22%。碳势控制方式：氧探头和CO共同控制。氮气甲醇为载气丙烷为富化气的渗碳气氛工艺曲线如图2所示。
表1 G20Cr2Ni4A钢的化学成分（质量分数） （%）
元素CSiMnNiCrSP国标要求0.17～0.15～0.30～3.25～1.25～≤0.020≤0.020 0.230.400.603.751.75实测0.190.310.453.511.500.0100.008
根据气体及液体流量，氮气甲醇为载气丙烷为富化气的渗碳气氛比甲醇为载气丙烷为富化气的渗碳气氛一天少用甲醇1.8×24=43.2L。减少了碳的排放，同时氮气的价格相对甲醇汽化后价格稍低，此方面渗碳成本并没有上升，由于氮甲醇气氛渗碳速度快，可以缩短时间，节约渗碳成本。
图3 甲醇为载气丙烷为富化气的渗碳气氛的出炉试样硬化层曲线
图4 甲醇为载气丙烷为富化气的渗碳气氛的出炉试样表层渗碳淬火后组织
图5 甲醇为载气丙烷为富化气的渗碳气氛产品出炉高回后外观情况
图6 氮气甲醇为载气丙烷为富化气的渗碳气氛的出炉试样硬化层曲线
图7 氮气甲醇为载气丙烷为富化气的渗碳气氛的出炉试样表层渗碳淬火后组织
图8 氮气甲醇为载气丙烷为富化气的渗碳气氛产品出炉高回后外观情况
3. 试验结果
两种气氛过程试样、渗碳出炉试样检验结果见表2。
甲醇为载气丙烷为富化气的渗碳气氛的出炉试样硬化层曲线如图3所示，表层渗碳淬火后组织如图4所示，产品出炉高回后外观情况如图5所示。
氮气甲醇为载气丙烷为富化气的渗碳气氛的出炉试样硬化层曲线如图6所示，表层组织如图7所示，产品出炉高回后外观情况如图8所示。
表2 试样检验结果
注：A代表甲醇为载气丙烷为富化气的渗碳气氛；
B代表氮气甲醇为载气丙烷为富化气的渗碳气氛。
项目过程试样出炉试样12345表层碳浓度（%）A0.90.951.01.01.021.0 B0.90.951.01.01.051.03渗碳层深/mmA4.15.05.76.47.07.05 B4.25.15.9687.98.29 58HRC层深/mmA2.22.62.83.13.53.4 B2.52.93.13.54.04.2粗大（网状）碳化物A无无无无0.2mm0.2mm B无无无无0.1mm无备注渗碳层深按JB/T8881—2011[2]评定
4. 结语
（1）氮气甲醇为载气丙烷为富化气的渗碳气氛渗碳质量高于甲醇为载气丙烷为富化气的渗碳气氛。
（2）氮气甲醇为载气丙烷为富化气的渗碳气氛渗碳后炉内炭黑少。
（3）氮气甲醇为载气丙烷为富化气的渗碳气氛比较低碳环保。
（4）氮气甲醇为载气丙烷为富化气的渗碳气氛相对于甲醇为载气丙烷为富化气的渗碳气氛节约生产成本。
参考文献：
[1] 中国国家标准管理委员会.GB3203—1982 渗碳轴承钢技术条件[S].北京：中国标准出版社，2014.
[2] 中华人民共和国工业和信息化部.JB/T8881—2011 滚动轴承零件渗碳热处理技术条件[S].北京：机械工业出版社，2012.
作者简介：孙伟、李检贵、康风波，洛阳轴研科技股份有限公司。