井式炉渗碳工艺及操作规程（周期式气体渗碳）

气体渗碳炉是用于金属材料渗碳处理的热处理设备。渗碳是一种提高金属材料表面硬度和耐磨性的热处理工艺，通过在高温下将碳原子扩散到金属表面的方法来实现。气体渗碳炉通常使用渗碳气体（如甲烷、乙炔等）和氮气或其他惰性气体混合物作为渗碳介质。炉子内部有加热元件，能够控制温度和碳势，以实现对工件的均匀渗碳。

井式炉渗碳（周期式气体渗碳）是把低碳钢或低合金钢件置于密封的立式炉罐内，在 920-940 ℃的载气（甲醇、氮气等）+富化气（丙烷/天然气或丙酮）气氛中，使碳原子渗入表面，随后扩散、降温并淬火，从而获得高硬度、高耐磨的渗碳层。

一、工艺原理

井式炉属周期炉，常用“强渗-扩散”两段法：先在 920～940 ℃、高碳势（≈1.0 %C）下快速吸碳，再降至 860～880 ℃、低碳势（≈0.8 %C）让碳向内扩散，以获得要求的表面碳浓度（0.75–0.95 %）及有效硬化层深度（通常 0.5–2.0 mm）。

二、操作流程

1、开炉准备

a. 检查炉罐、风扇、滴油器、排气管及密封圈，清除积碳；变形料筐、吊具必须修复或更换。

b. 空炉升温：炉温＞600 ℃启动风扇及冷却水；800 ℃开始滴入甲醇或丙酮排气，920 ℃后保温 1 h 以上，使炉气 CO2＜0.5 % 方可装料。

3、装炉

a. 同炉零件须“三同”：钢种、渗层深、热处理方式一致；层深差≤0.1 mm。

b. 装量≤额定载荷，料筐内零件间隙 5–10 mm；长杆垂直、薄盘水平、厚薄悬殊件加补偿套，防止变形。

c. 每筐放同材质随炉试块 1 块；盖好炉盖，对角拧紧螺栓，启动风扇。

3、升温排气

零件入炉后温度下降，当＜800 ℃时“猛滴”甲醇 120–150 d/min；回升到 850 ℃以上可改煤油＋甲醇，点燃废气，火焰长度 100–150 mm 为正常。

4、强渗阶段

炉温回到 920–940 ℃，记下到温时间，调滴量使碳势≈1.0 %C，保温时间按 0.1–0.15 mm/h 估算；每 30 min 测一次 CO2 或氧探头毫伏值，碳势偏差±0.05 % 内。

5、扩散阶段

达到预定强渗时间后，降温至 860–880 ℃，把碳势降到 0.75–0.80 %C，继续保温，使表面碳浓度下降、层深增加；扩散时间一般与强渗时间相等，也可按在线计算层深百分比自动切换。

6、出炉冷却

a. 直接淬火：扩散结束预冷至 820–840 ℃，立即吊出入油（或热油/马氏体等温），油温 60–80 ℃，搅拌。

b. 空冷：对需重新加热淬火的零件，吊入有保护气氛（甲醇 30–50 d/min）的冷却井或 350 ℃保温坑，防止脱碳。

7、后处理

150–180 ℃ 低温回火 2–3 h，硬度均匀性 HRc 差值≤3；清洗、喷砂、终检渗层深、表面碳及硬度。

三、关键控制点

温度：炉温上下区偏差≤±5 ℃，仪表定期校准。

碳势：用 CO? 红外仪或氧探头闭环控制，每班用钢箔定碳校验一次。

滴量：甲醇/丙酮作载气，煤油/乙酸乙酯作富化气；滴嘴畅通，无炭黑堵塞。

风扇：转速 300–400 r/min，反转或停转必须停炉处理。

密封：炉盖、电机轴、滴注管每班涂高温脂，发现漏气立即更换石棉垫。

四、常见缺陷及对策（摘要）

渗层过深：温度高、滴量大或时间超长——降低温度/缩短时间。

渗层过浅：温度低、滴量不足——校核仪表、清理滴嘴。

表面剥落：碳势过高→扩散不足——强渗后必须充分扩散或高温回火一次。

工件翘曲：装夹不当或冷速不均——改进装炉方式、采用分级淬火。

五、安全与环保

炉气含 CO、H2，点燃废气；车间设 CO 报警器。

开启炉盖前风机继续运行 5 min，防止爆鸣。

废油、残焦统一收集，按危废处理。

按照以上规程执行，可在井式炉内稳定获得渗层深度 0.5–2.0 mm、表面硬度 HRc 58–63、碳浓度梯度呈“S”形的高质量渗碳件。