李志义¹、田荣华²、葛友海³、胡培中⁴

（1、重庆义扬公司、重庆长江电炉厂电话023-86669155（办）、13002366762  2、重庆青山机械厂  邮编402761 3、重庆红岩汽车厂车轿厂  邮编402300  4.重庆机床厂  邮编 400055）

前言：伴随着改革开放、入世。所制造的产品能否打入国际先进国家市场，渗碳淬火件、气体软氮化件质量要求越来越高。本文只着重讨论工艺问题，预祝：采用世界**的设备，只有采用世界**流的工艺，才能生产出世界**流的产品。本人认为**流的指标：以渗碳或碳氮共渗为例。表面硬度HRC61以上（HV1转换），非马≤3μm （浅腐蚀）、产品表面光亮，无碳黑，碳化物极度弥散。马氏体组织1-2级，残A8%以下，变形极小，不磨齿或很少磨齿。硫化物、氧化物＜1级，同炉同钢号同形状尺寸产品硬度波动±1HRC。

一、怎样使渗碳淬火件质量提高

1、渗碳淬火件表面硬度和非马氏体组织^（1）：

在渗碳淬火件表面层中经常出现连续或不连续的网状或块状黑色组织，此处恰好不是表层压应力*大的区域，已被公认是由于内氧化而贫合金化元素导致形成屈氏体类组织，也被称为非马氏体组织。一旦形成此类组织，其后果是降低表面硬度和耐磨性以及疲劳极限。因此国内外知名的车辆制造厂家大都对非马氏体层厚度有明确的规定，如德国波尔特、奔驰、宝马公司要求此层厚度必须在3μm以下。非理由是：①渗碳出来要磨齿：磨齿将压应力转成拉压力。②喷丸强化，该压应力在高速旋转生热中衰减。不磨齿不行？不磨齿是现代生产齿轮的热门话题。采用多用炉生产的齿轮不磨齿的厂家，重庆地区有重庆青山工业公司等^（3.7）。缩短渗碳时间，碳化物极度弥散节省大量机加工费用，领先于：世界任何先进国家。

1.1.1关于非马氏体组织

渗碳淬火件的非马氏体组织包括表面脱碳形成的铁素体，表层沿晶界形成的屈氏体，有的钢种是贝氏体。非马氏体组织层和钢表面含碳量关系的示意图1。有此种组织工件的表层含碳量由表及里成逐渐升高趋势，到*高值后在逐步降至心部含碳量。与*大含碳量位置相对应也是淬火后*大压应力的地方。

1.1.2非马氏体组织的范围：在渗碳过程中，由于内氧化的原因，使渗体表面碳含量下降产生非马氏组织，这些组织初生铁素体，初生屈氏体（连成一片称黑带，未连成一片称黑网），部分钢种的贝氏体。均为非马氏体组织。如图1：渗碳淬火钢非马氏体组织层和表层碳浓度的关系

1.1.3相关的标准

1.2渗碳淬火件采用二次淬火，即在渗碳完成后在炉内空冷，而后重新加热再淬火。

使淬火组织细密、马氏体针较细残A下降（国标400倍金相测残A的缺陷：在400倍显微镜下，残A中的大量的马氏体岛看不到、而硬度不低，磁性检测残A合格）、变形小，耐磨性好；缺点：工艺流程时间太长。热处理设备较差，内氧化增加。

1.3渗碳气源的选择^（2）：天然气＞丙烷＞丙酮）；*成功的“超级渗碳气氛”是空气/甲烷基^（9）。

1.4渗碳过程中尽可能避免CO     Cad+CO₂的渗碳机理：该机理必然是一边渗碳一边氧化。

1.5直接生成无氧参加下的渗碳技术是近代新技术的热门课题。

1.5.1目前能产生的无氧下渗碳的气源这些气源在一定条件下才能优化。（务必注意优化措施）

重庆地区的乙炔C₂H₂也是天然气制造的。均存在含水、含硫指标。

要使无氧参加下渗碳技术达到*多的自由活性碳原子，气源必须要考虑含硫含水的控制：

英俄日德资料均对气源提出含硫控制，而且指出原料气充分除硫^（8）。有的厂家勿略上述问题，已遭受市场的冷落：有些进口设备厂家渐渐地退出中国市场。以空气密度1.27㎏.m^-3，乙炔1.17、甲烷0.72、丙烷1.9，可见甲烷*易裂解，不易在炉内存在死角^（10）。

1.5.2 优化这些气源的措施：水、含硫量控制越低越好。特别要强调的稳定性、可靠性控制。

由于城市天然气中含有水和有机硫、无机硫：而且波动很大以至于同一外国著名公司的不同作者，作出不同的结论。有些教授只知用甲烷做试验而无水、硫介念……^（4）。对硫引起氧探头寿命的思路不明^（5），重庆地区：^（3）有机硫30－248mg/m³，无机硫10－70 mg/m³，水份露点＞10－24℃。有时因天然气矿脱硫设备检修，城市天然气无机硫高达1100mg/m³。这时很多厂家就会停产，而采用天然气净化设备的厂家，只需将再生时间缩短就可，无需停产。

古老的天然气资料930℃以上裂解充分，随着温度的下降不易充分裂解，现在呢？910℃渗碳长期、稳定地无碳黑表面光亮。渗碳的表面硬度和非马氏体组均达到德国波尔舍、奔驰、宝马企业标准。850～860℃  C—N共渗表面也光亮、无碳黑。（重庆綦江化肥厂、永川天然气研究所，因每周检测，而放弃川维厂廖永康，将两种脱硫剂分段装的常温高效脱硫剂，资料我带来了）。这种分装，使活性碳一次使用，不便再生（活性碳再生温度105℃、50次再生报废），天然气含硫高要渗硫。对产品质量设备寿命，氧探头寿命、耗气量增加影响很大。

1.5.3 采用真空低压渗碳技术：德国波尔舍、奔驰、宝马质量要求高的齿轮均采用这一技术，控制渗碳表面硬度和非马组织和变形（渗碳后不再加工齿面）。重庆旺成、德国易普森；宜宾五粮液厂、法国汤姆森；唯一缺点：先进设备较贵，生产量较低。

1.6 天然气的质量问题：当人们在研究各种气源渗碳时，并比较各种气源渗碳的结果而确认，天然气气源是所有渗碳热处理气源中*好的气源^{[1] [9]}，它不仅仅是价廉，能大大降低成本（四川重型汽车制造厂采用净化的天然气生产后单气源耗损年节约约50万元，一汽大众也取得相似效果），而且渗碳传输*快，保持较高的有效碳势当量；（排除那部分能增加碳势，但进入渗碳件因氧参与下的内氧化，使渗碳速度较缓，活力较差的碳势）；表面含碳量*高，渗碳时间*短，渗碳件表面非马氏体组织的厚度和密度*低，一般均能0.003mm以下^[2](浅腐蚀)、表面硬度HRC61以上（HV₁转换）；碳化物极度弥散^[3]（该文金属热处理编辑将总硫5mg/m³控制改为20mg/m³控制）。早在70年代市场上就有各式各样的脱硫设备、高效脱硫剂等。含糊地讲：控制总硫，不讲脱有机硫和无机硫的深度，混淆两种硫实质上的差别，模糊技术实质带有商业性的炒作，而且进入城市的天然气，其有机硫、无机硫，就具有差距很大的波动范围，须经受长期检测考验，以防其偶然性的合格过关。

我国应用天然气是世界上*早的国家，有1000多年历史。广义地讲，天然气可分油成气、（大庆等）气成气（四川等）、煤成气等。狭义地将煤成气（瓦斯）分出。对其成因，气矿、天然气处理及脱硫厂等。请参考^［11］，本文不作介绍。

1.6.1城市民用天然气情况

民用天然气或称城市用天然气为I和II标准。III标准当H₂S≤20mg/m³，也允许供用。

重庆卧龙河进入城市天然气有机硫组成情况。有机硫经研究约26种：

（1）硫醇RSH        甲硫醇CH₃SH            一般占有量

乙硫醇C₂H₅SH            50-200mg/m³

（2）硫醚  RSR      甲硫醚CH₃SCH₃

乙硫醚C₂H₅SC₂H₅          10-100mg/m³

（3）二硫化碳CS₂                           ＜50mg/m³

（4）二硫化物  R-S₂-R（甲二硫醚CH₃S₂CH₃）   ＜50mg/m³

（5）氧硫化物  COS  （羰基硫）             ＜20mg/m³

（6）噻吩C₄H₄S

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