滲碳工藝中碳勢與溫度的協(xié)同控制技術研究

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--.工件內部的傳遞規(guī)律并建立相應的數(shù)學模型后，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的碳濃度分布。也可以由當前時刻的碳濃度分布和對下一時刻的表面碳濃度要求值，計算出相應的爐氣碳勢目標值。

( 2）滲碳過程中碳勢的設定。

①分段滲碳法1:各段結束條件為設定時間到。

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。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、各段結束條件為按設定時間到或按設定滲碳層深百分比到。

這種方法是在方法1的基礎上，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前碳濃度分布的功能。既可實現(xiàn)各滲碳階段按設定時間到作為段結束條件來設定滲碳工藝，又可實現(xiàn)各滲碳階段按設定滲碳層深百分比到作為段結束條件來設定滲碳T藝。

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

在各滲碳階段按設定滲碳層深百分比到作為段結束條件來設定滲碳工藝時，既可避免各階段按時間結束編制滲碳工藝時憑經(jīng)驗的缺點,又具有自適應控制方法的部分優(yōu)點，無須設定階段時間，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，預測工藝執(zhí)行的結果。

③自適應控制法: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。

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，是自適應控制法的基礎。

自適應控制法不同于傳統(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要求（包括表面碳濃度和硬化層深度)為閉環(huán)控制目標參數(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，對照工件的技術要求，自動動態(tài)調整碳勢和爐溫，直至達到工件的技術要求，處理完畢。

自適應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可靠地獲得比較好的“S”形的碳濃度分布曲線。

自適應控制法對編制修改的工藝可以進行仿真模擬，預測工藝執(zhí)行的結果。

自適應控制法主要用于周期爐。