深層滲碳對熱處理設備的要求 下面附表是該公司采用不同控溫方式的兩臺同類型設備的調試數據。 同時，我們從上表中也可以看出，隨著保溫時間的延長，爐膛內的溫度越來越接近加熱區設定溫度。因此，采用爐外摔溫時，似沒使剛930℃滲碳(即工藝溫度為930℃)，常常設定溫度為930℃(即加熱區溫度為930℃)。這種情況可能導致的結果是，爐膛內的溫度在很長時間內均處在930℃以下，而只有當時間足夠長以后，隨著ΔT的減小，爐內溫度才趨向于工藝溫度。這在實際生產中主要表現為：①滲碳溫度偏低，導致滲碳速度偏慢，不利于深層滲碳。②溫度偏差較大，滲碳速度可控性差，最終導致滲碳層深偏差大。 二、碳勢的控制方式 1．觀點 通常的滲碳設備往往是依靠控制電磁閥的通斷干預富化劑的滴人或停止來實現對滲碳碳勢的調節，這里把這種碳勢控制方式稱之為通斷控制碳勢。 因為碳勢的形成需要一個過程，而這個過程往往造成碳勢調節的延時。所以，采用這種調節方式極易造成碳勢在一定時間內過沖或過低，影響滲碳質量。 本文要介紹的是一種目前在國外已經應用相當普遍的碳勢控制方法，這里稱之為連續控制碳勢。 連續控制碳勢包括兩個方面：一是通過比例閥的連續調節來實現富化劑的按不同比例連續滴人；二是通過比例閥的連續調節開實現空氣的按不同比例連續打人。 這種碳勢控制方式可以有效地避免通斷控制碳勢所造成的碳勢過沖或過低現象，從而保證爐內碳勢的偏差在相當小的范圍內。 實踐證明，采用連續碳勢控制的大型滲碳沒備，碳勢偏差可以控制在±0.02%CP。 2．試驗 下面是在某大型齒輪制造公司熱處理分廠所做的試驗： 試樣材質：20CrMnMoA材料圓形試樣； 試樣尺寸：Φ20mm×50mm； 裝爐方式：隨工件入爐； 目標層深：6.0mm(550HV)； 采用工藝：930℃強滲115h(Cs＝1.20%)＋擴散35h(Cs＝0.85%)＋660℃回火＋850℃淬火＋200℃回火。 選用設備l：德國進口井式氣體滲碳爐； 碳勢控制方式：連續碳勢控制； 結果層深：6.1mm(550HV)： 金相組織：碳化物呈彌散分布的顆粒狀(見圖1)。 選用設備2：國產井式氣體滲碳爐； 碳勢控制方式：通斷碳勢控制； 結果層深：6.3mm(550HV)： 金相組織：碳化物呈連續分布的網狀(見圖2)。 試驗表明，在同等試驗條件下，采用通斷碳勢控制方式的設備2較采用連續碳勢控制的設備1滲碳淬火后的碳化物組織形態差。 三、氮-甲醇氣氛在深層滲碳中的應用 1．觀點 相對于其他吸熱性氣氛米說，氮-甲醇氣氛除了可以均勻爐內碳勢外，還因其具有較高的安全性和良好的防晶界氧化能力而逐漸被更多的熱處理廠家所接受和重視。 這里介紹氮-甲醇氣氛在深層滲碳中的特殊應用，即讓該氣氛中的CO參與碳勢的計算。 這種控制方法的特點是使用氧探頭或L探頭控制碳勢，CO參與計算，從而達到碳勢控制的最佳效果。 因為運用了氮-甲醇氣氛中的CO來參與計算，所以氣氛中的CO的百分含量對碳勢的穩定起到了尤為重要的作用。而在氮-甲醇氣氛中，CO的百分含量取決于氮氣和甲醇裂解氣各自所占的百分比。在以往的資料中，推薦的最佳氮氣與甲醇分解產物的比例為：40%氮氣＋60%甲醇裂解氣。但實踐證明，在使用CO參與計算的方法控制碳勢時，上述推薦的最佳比例已不再使用。具體的比例方案應根據設備的具體情況而定，這里不作說明。 2．試驗 為了進一步證明采用CO參與計算的方法控制碳勢的優越性，某公司做了以下試驗。 選用設備：某公司大型井式氣體滲碳爐。 設備說明：采用氮-甲醇氣氛，異丙醇作為富化劑，紅外分析儀檢測爐內CO百分含量，L探頭控制碳勢。 試驗方法：通過鋼箔測定兩種狀況下（即CO參與或不參與計算）爐內碳勢的波動及與設定碳勢的偏差。 試驗結果：見圖3。 從圖3中很容易看出，CO參與計算時，碳勢波動和偏差均較小。 四、小結 綜合以上幾點，我們認為熱處理滲碳設備采用爐蓋熱電偶主控溫度，氮-甲醇氣氛滲碳，并采用連續按比例調節的方式調節爐內碳勢對滲碳鋼深層滲碳的質量有明顯積極的作用。
深層滲碳在大模數齒輪熱處理中已經得到越來越廣泛的應用。但因深層滲碳在高溫狀態下和高碳勢氣氛中時間較長，在熱處理過程中，對設備也必須提出更高的要求。本文通過理論分析并配合具體試驗數據較為明確地闡述了深層滲碳對熱處理設備的一些具體要求。
自20世紀80年代以來，某公司先后從國外引進多臺世界先進的熱處理設備，從而使該公司多年來在齒輪的深層滲碳中一直處于國內領先的地位。
本文著重從溫度的控制方式、碳勢的控制方式及氮―甲醇氣氛在深層滲碳中的應用等三個方面介紹深層滲碳對熱處理設備的要求。
一、溫度的控制方式
1．觀點
長久以來，國內生產的井式氣體滲碳爐(典型的如75KW、105KW等井式氣體滲碳爐)均是采用爐外控溫的方式實現對爐內溫度的控制。而在歐洲，早在20世紀80年代就已經大量運用了一種更為合理的溫度控制方式，即爐內主控方式。下面簡要介紹爐內主控方式與爐外控溫方式的區別，以及實現爐內主控對深層滲碳時滲碳質量的影響。
爐內主控是指通過合理的數學模型，以爐蓋熱電偶檢測到的溫度與目標溫度之間的差值來實現對各個加熱區的功率自動調節，從而控制爐膛溫度的一種溫度控制方式。
這種控制方式的優點是可以更精確地控制爐膛溫度，減小爐溫的偏差，并可以顯著提高爐溫的可靠性。
以往的觀點認為，當達到熱平衡后，爐膛內外存在著一個固定的溫差，
即：
T內＝T外－ΔT (1)
式中
T內爐膛內的溫度；
T外爐膛外的溫度；
ΔT恒定的溫度差值。
根據這個觀點，采用爐外控溫的方式。當爐膛外的溫度為一個定值的時候，爐膛內的溫度也應該是個定值。例如，假設爐膛內外的偏差ΔT為20℃，我們要在930℃(即T內＝930℃)滲碳時，只需要控制爐外的溫度(T外)為950℃即可。我們認為這種觀點是不切實際的。
實踐證明，爐膛內外的溫差是隨著保溫時間的延長而不斷變化著的，即公式(1)中的ΔT是保溫時間的函數：
ΔT＝f(t保) (2)
該函數具體的公式尚待進一步推理和大量的試驗論證，本文不作具體闡述。
根據這種推論，我們可以預知，隨著保溫時間的推移，爐內外的溫差在不斷地變化著，控制爐外的溫度已無法保證爐內溫度的偏差在工藝要求的范圍內。因此，可能造成滲碳時爐溫過高，奧氏體晶粒長大，工件淬火后馬氏體組織粗大，從而影響工件的性能。
爐內控溫是對爐蓋熱電偶檢測到的溫度與加熱區熱電偶檢測到的溫度之間的差值直接進行控制，所以不存在公式(1)中ΔT隨保溫時間的延長發生變化而影響對爐內溫度偏差的控制。
采用爐蓋主控方式控制爐溫的另一個優點就是能顯著提高設備運行過程中的可靠性。這主要表現在：當某個加熱區的熱電偶有較大偏差或損壞時，可以通過儀表顯示的各個加熱區與主控熱電偶之間的溫度偏差而直接來判斷。而對于爐外控溫，常常需要在校溫或根據升溫速度的快慢等現象來判斷，這不但需要豐富的實踐經驗，而且不能做到及時發現問題。
根據國外的先進經驗，某公司的設備采用了爐內主控的方式控制爐溫，經調試檢測，效果明顯。
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