滲碳工藝中碳勢(shì)與溫度的協(xié)同控制技術(shù)研究

來源：發(fā)布時(shí)間：2025-05-09

(1）碳分布計(jì)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(cè)定的爐溫、爐氣碳勢(shì)，可以計(jì)算得到滲碳過程中每一時(shí)刻工件內(nèi)的碳濃度分布。也可以由當(dāng)前時(shí)刻的碳濃度分布和對(duì)下一時(shí)刻的表面碳濃度要求值，計(jì)算出相應(yīng)的爐氣碳勢(shì)目標(biāo)值。

( 2）滲碳過程中碳勢(shì)的設(shè)定。

①分段滲碳法1:各段結(jié)束條件為設(shè)定時(shí)間到。

強(qiáng)滲和擴(kuò)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(shì)（溫度受到爐子耐受能力和鋼材晶粒長(zhǎng)大傾向的限制,碳勢(shì)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(shì)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(qiáng)滲和擴(kuò)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(shí)間、溫度和碳勢(shì))基本由工藝人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)制訂。

目前各廠家的單回路或多回路碳勢(shì)控制儀表均按此方法控制碳勢(shì)。

②分段滲碳法2:進(jìn)行碳分布計(jì)算、各段結(jié)束條件為按設(shè)定時(shí)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(jī)系統(tǒng)，并且在滲碳控制軟件中具備實(shí)時(shí)計(jì)算當(dāng)前碳濃度分布的功能。既可實(shí)現(xiàn)各滲碳階段按設(shè)定時(shí)間到作為段結(jié)束條件來設(shè)定滲碳工藝，又可實(shí)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(shí)間到作為段結(jié)束條件來設(shè)定滲碳工藝時(shí)，對(duì)編制的工藝可以進(jìn)行仿真模擬,預(yù)測(cè)工藝執(zhí)行的結(jié)果。如對(duì)仿真結(jié)果不滿意,可反復(fù)修改工藝參數(shù)和進(jìn)行仿真,直至獲得滿意的結(jié)果，再將此工.藝保存并投入運(yùn)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(shí)，既可避免各階段按時(shí)間結(jié)束編制滲碳工藝時(shí)憑經(jīng)驗(yàn)的缺點(diǎn),又具有自適應(yīng)控制方法的部分優(yōu)點(diǎn)，無須設(shè)定階段時(shí)間，并能對(duì)爐溫和爐氣碳勢(shì)的各種異常工況具有自動(dòng)補(bǔ)償功能;對(duì)編制修改的工藝也可以進(jìn)行仿真模擬，預(yù)測(cè)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(dòng)生成滲碳.工.藝，無須人工干預(yù)。

計(jì)算機(jī)軟件具有實(shí)時(shí)碳分布計(jì)算和滲碳工藝自動(dòng)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(shì)、強(qiáng)滲時(shí)間、擴(kuò)散時(shí)間、降溫時(shí)刻和出爐時(shí)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(gè)工藝過程中，由計(jì)算機(jī)根據(jù)即時(shí)計(jì)算的工件的表面碳濃度和硬化層深度實(shí)況，對(duì)照工件的技術(shù)要求，自動(dòng)動(dòng)態(tài)調(diào)整碳勢(shì)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(duì)爐溫和爐氣碳勢(shì)的各種異常工況有自動(dòng)補(bǔ)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(duì)編制修改的工藝可以進(jìn)行仿真模擬，預(yù)測(cè)工藝執(zhí)行的結(jié)果。

自適應(yīng)控制法主要用于周期爐。