滲碳工藝中碳勢與溫度的協(xié)同控制技術(shù)研究

來源：發(fā)布時間：2025-05-09

(1）碳分布計算。

了解碳原子在氣體一工件表面--.工件內(nèi)部的傳遞規(guī)律并建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型后，根據(jù).工件的材料和在線測定的爐溫、爐氣碳勢，可以計算得到滲碳過程中每一時刻工件內(nèi)的碳濃度分布。也可以由當(dāng)前時刻的碳濃度分布和對下一時刻的表面碳濃度要求值，計算出相應(yīng)的爐氣碳勢目標(biāo)值。

( 2）滲碳過程中碳勢的設(shè)定。

①分段滲碳法1:各段結(jié)束條件為設(shè)定時間到。

強滲和擴散兩段法:基本思想是在滲碳初期，采用盡可能高的溫度和碳勢（溫度受到爐子耐受能力和鋼材晶粒長大傾向的限制,碳勢受到鋼材奧氏體碳比較大溶解度的限制)，以**快的速度將碳滲入鋼內(nèi)。在后期要將氣氛碳勢和溫度降低，以獲得工件**終要求的表面含碳量、滲碳層深度和要求的出爐溫度(如直接淬火溫度)。

目前大多數(shù)廠家的周期爐(井式爐和多用爐）大都采用強滲和擴散兩段法或多段法,在連續(xù)爐(如推桿爐）則分為3~4段。

分段法的各段工藝參數(shù)(時間、溫度和碳勢)基本由工藝人員根據(jù)經(jīng)驗制訂。

目前各廠家的單回路或多回路碳勢控制儀表均按此方法控制碳勢。

②分段滲碳法2:進行碳分布計算、各段結(jié)束條件為按設(shè)定時間到或按設(shè)定滲碳層深百分比到。

這種方法是在方法1的基礎(chǔ)上，配備上位機系統(tǒng)，并且在滲碳控制軟件中具備實時計算當(dāng)前碳濃度分布的功能。既可實現(xiàn)各滲碳階段按設(shè)定時間到作為段結(jié)束條件來設(shè)定滲碳工藝，又可實現(xiàn)各滲碳階段按設(shè)定滲碳層深百分比到作為段結(jié)束條件來設(shè)定滲碳T藝。

在各滲碳階段按設(shè)定時間到作為段結(jié)束條件來設(shè)定滲碳工藝時，對編制的工藝可以進行仿真模擬,預(yù)測工藝執(zhí)行的結(jié)果。如對仿真結(jié)果不滿意,可反復(fù)修改工藝參數(shù)和進行仿真,直至獲得滿意的結(jié)果，再將此工.藝保存并投入運行。

在各滲碳階段按設(shè)定滲碳層深百分比到作為段結(jié)束條件來設(shè)定滲碳工藝時，既可避免各階段按時間結(jié)束編制滲碳工藝時憑經(jīng)驗的缺點,又具有自適應(yīng)控制方法的部分優(yōu)點，無須設(shè)定階段時間，并能對爐溫和爐氣碳勢的各種異常工況具有自動補償功能;對編制修改的工藝也可以進行仿真模擬，預(yù)測工藝執(zhí)行的結(jié)果。

③自適應(yīng)控制法:根據(jù)零件材料和.T藝要求，自動生成滲碳.工.藝，無須人工干預(yù)。

計算機軟件具有實時碳分布計算和滲碳工藝自動生成技術(shù)，是自適應(yīng)控制法的基礎(chǔ)。

自適應(yīng)控制法不同于傳統(tǒng)的兩段法滲碳，滲碳過程中的碳勢、強滲時間、擴散時間、降溫時刻和出爐時刻都不需操作人員編制工藝事先確定，也不由在滲碳過程中看試棒決定，而是直接以工件的技術(shù)要求（包括表面碳濃度和硬化層深度)為閉環(huán)控制目標(biāo)參數(shù)，在整個工藝過程中，由計算機根據(jù)即時計算的工件的表面碳濃度和硬化層深度實況，對照工件的技術(shù)要求，自動動態(tài)調(diào)整碳勢和爐溫，直至達(dá)到工件的技術(shù)要求，處理完畢。

自適應(yīng)控制法對爐溫和爐氣碳勢的各種異常工況有自動補償功能，可精確控制工件的表面碳濃度和硬化層深度，并能在零件硬化層內(nèi)可靠地獲得比較好的“S”形的碳濃度分布曲線。

自適應(yīng)控制法對編制修改的工藝可以進行仿真模擬，預(yù)測工藝執(zhí)行的結(jié)果。

自適應(yīng)控制法主要用于周期爐。