氮气甲醇丙烷和甲醇丙烷渗碳气氛的对比

---

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节约生产周期及生产成本。

---

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。

表1  G20Cr2Ni4A钢的化学成分（质量分数）  （%）

元素	C	Si	Mn	Ni	Cr	S	P
国标要求	0.17～0.23	0.15～0.40	0.30～0.60	3.25～3.75	1.25～1.75	≤0.020	≤0.020
实测	0.19	0.31	0.45	3.51	1.50	0.010	0.008

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裝炉，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（通断仪表控制）。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（通断仪表控制）。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见图2。

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一天比甲醇为载气丙烷为富化气的渗碳气氛少用甲醇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节约时间及渗碳成本。

3.试验结果

两种气氛过程试样、渗碳出炉试样检验结果如表2所示。

表2 试样检验结果

		过程试样					出炉试样
		1	2	3	4	5
表层碳浓度（%）	A	0.9	0.95	1.0	1.0	1.02	1.0
	B	0.9	0.95	1.0	1.0	1.05	1.03
渗碳层深/mm	A	4.1	5.0	5.7	6.4	7.0	7.05
	B	4.2	5.1	5.9	68	7.9	8.29
58HRC层深/mm	A	2.2	2.6	2.8	3.1	3.5	3.4
	B	2.5	2.9	3.1	3.5	4.0	4.2
粗大（网状）碳化物	A	无	无	无	无	0.2mm	0.2mm
	B	无	无	无	无	0.1mm	无
备注	渗碳层深按JB/T8881-20112评定

注：A：代表甲醇为载气丙烷为富化气的渗碳气氛；B：氮气甲醇为载气丙烷为富化气的渗碳气氛。

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见图3，表层渗碳淬火后组织见图4，产品出炉高回后外观情况见图5。

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见图6，表层组织见图7，产品出炉高回后外观情况见图 8。

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子积碳黑少。

（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。

作者：孙伟、李检贵、康风波，洛阳轴研科技股份有限公司。