ICS25.200 J36 中华人民共和国国家标准 GB/T32540—2016 精密气体渗氮热处理技术要求 Technicalrequirementsforaccuracy-controlledgasnitridingheattreatment 2016-02-24发布 2016-09-01实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会发布前 言 本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。 本标准由全国热处理标准化技术委员会(SAC/TC75)提出并归口。 本标准主要起草单位:广东世创金属科技有限公司、北京机电研究所、上海市机械制造工艺研究所 有限公司、西安福莱特热处理有限公司。 本标准参加起草单位:浙江尚鼎工业炉有限公司。 本标准主要起草人:董小虹、徐跃明、陈志强、常玉敏、叶俭、杨鸿飞、王广生、李俏、薛玉娜、叶玉芳。 ⅠGB/T32540—2016 精密气体渗氮热处理技术要求 1 范围 本标准规定了精密气体渗氮的设备要求、设备可靠性要求、工艺要求、质量控制与检验、安全卫生和 环保要求,以及节能要求。 本标准适用于钢件精密气体渗氮。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。 GB/T230.1 金属材料 洛氏硬度试验 第1部分:试验方法(A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T标 尺) GB536 液体无水氨 GB/T4340.1 金属材料 维氏硬度试验 第1部分:试验方法 GB5959.1 电热装置的安全 第1部分:通用要求 GB5959.4 电热装置的安全 第4部分:对电阻加热装置的特殊要求 GB/T7232 金属热处理工艺 术语 GB/T8979 纯氮、高纯氮和超纯氮 GB/T9452 热处理炉有效加热区测定方法 GB/T10066.4 电热设备的试验方法 第4部分:间接电阻炉 GB/T10067.4 电热装置基本技术条件 第4部分:间接电阻炉 GB/T11354 钢铁零件渗氮层深度测定和金相组织检验 GB/T15318 热处理电炉节能监测 GB15735 金属热处理生产过程安全、卫生要求 GB/T17358 热处理生产电耗计算和测定方法 GB/T18177 钢件的气体渗氮 GB/Z18718 热处理节能技术导则 GB/T19944 热处理生产燃料消耗定额及其计算和测定方法 GB/T27946 热处理工作场所空气中有害物质的限值 GB/T30825 热处理温度测量 3 术语和定义 GB/T7232界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1 精密气体渗氮 accuracy-controlledgasnitriding 通过氮势传感器、氮势控制仪和质量流量计等组成的氮势控制系统,对氨及氨分解气等气源的渗氮 实施精确控制氮势的可控气体渗氮。 1GB/T32540—2016 3.2 氮势传感器 nitrogenpotentialsensor 测量气体渗氮炉中炉气氮势的仪表,包括氢分析仪、氢探头、氨红外分析仪等。 3.3 氢分析仪 hydrogenanalyser 根据氢比氧、氮等其他气体具有较高热导率的特性,按热导率原理制成的测量渗氮气氛中氢含量的 仪表。 3.4 氢探头 hydrogenprobe 包括热导式氢探头和分压式氢探头。热导式氢探头是利用热导率特性制成的小型仪表;分压式氢 探头是利用氢易于穿透特质膜的特性,测量特质膜管内氢分压,从而测量渗氮气氛中氢含量的仪表。 4 设备要求 4.1 一般要求 4.1.1 渗氮设备的组成 渗氮设备可以是单台渗氮炉,也可以是渗氮炉生产线。渗氮炉可以是井式炉、密封箱式炉、底装料 立式炉、罩式炉等。冷却装置可以是单独冷却装置,也可以是渗氮炉内直接气冷。加热方式一般为电或 燃料加热。渗氮炉生产线主要由渗氮炉、冷却装置、清洗机、装卸料机构、备料台、气氛系统和控制系统 等组成。 4.1.2 规格型号 精密渗氮设备的规格型号通常以结构型式和有效加热区尺寸表示。 4.1.3 设计和制造 渗氮设备设计和制造应符合GB5959.1、GB5959.4、GB/T10067.4的规定。 4.1.4 设备维修性 精密渗氮设备应具有良好的维修性,方便更换损坏的零件和机构。如炉罐、导风筒、加热元件、热电 偶、氮势传感器、风扇等容易更换,以适应渗氮工艺长时间连续生产的特点。采用计算机控制及管理系 统的渗氮设备一般应具有设备故障自诊断功能。 4.2 渗氮炉 4.2.1 温度 4.2.1.1 渗氮炉的最高温度一般为700℃。 4.2.1.2 渗氮炉一般采用多区控制加热、合理设置循环风扇和导风装置,以保证炉温均匀性和气氛均 匀性。 4.2.1.3 有效加热区的炉温均匀性和控温精度应根据工件的热处理要求合理选择,见表1。有效加热 区的炉温均匀性应按GB/T9452的规定测定。炉子应具有专门的炉温均匀性测试孔。 2GB/T32540—2016 表1 渗氮炉炉温均匀性和控温精度要求 工件类别 炉温均匀性/℃ 控温精度/℃ 重要件 ±5 ±1 一般件 ±8 ±1 4.2.2 气氛 4.2.2.1 炉内气氛应是可控气氛。渗氮气氛由渗氮剂(氨)和载气(氨分解气)组成,氮气为保护气。载 气及渗氮剂进入炉内应通过流量计计量,并通过质量流量计进行调节和控制。氨分解气的分解率应 ≥99%(体积比)。 4.2.2.2 精密气体渗氮炉采用氮势传感器、氮势控制仪和质量流量计等组成的氮势控制系统控制,应配 置有指示、控制和记录炉气氮势的仪表,其仪表的类型和精度原则上应与相应的温度仪表要求相匹配。 4.2.2.3 氮势控制精度以氨分解率波动来衡量,应控制在±1.5%以内。炉子应设有氨分解率测定装 置,用于氮势控制精度检验和氨分解气分解率检验。氮势与氨分解率的关系见附录A。 4.2.2.4 炉内构件和料具应采用抗渗氮耐热钢。不应对渗氮气氛的稳定产生有害影响。 4.2.2.5 精密气体渗氮炉有效加热区内渗氮有效硬化层深度均匀性应符合表2规定,检测方法按 GB/T11354的规定。 表2 精密气体渗氮炉有效硬化层深度均匀性要求 单位为毫米 渗氮层深度 ≤0.10 >0.10且≤0.20 >0.20且≤0.45 >0.45 有效硬化层深度偏差 ±0.01 ±0.025 ±0.035 ±0.05 4.2.3 密封和隔热 4.2.3.1 渗氮炉应有良好密封性,炉内气氛不应有泄漏现象。炉膛内压力应保持稳定正压,并可以控 制、调节、指示和记录。 4.2.3.2 渗氮炉炉门、炉盖、炉罩等一般采用水冷耐热耐腐橡胶圈密封。 4.2.3.3 渗氮炉的表面温升按GB/T10066.4方法测定,并应符合表3要求。 表3 表面温升要求 单位为摄氏度 炉子部位 炉壳表面 操作手柄或手轮 表面温升 ≤45 ≤25 4.2.4 冷却装置 4.2.4.1 冷却装置一般采用炉罐外壁和炉体之间鼓风的炉内直接冷却方式,或同时向工件吹高纯氮气 或采用炉气炉外换热器换热冷却方式。冷却过程中应防止工件被氧化。 4.2.4.2 井式炉冷却可采用将工件连同炉罐吊至冷却坑中吹风冷却或缓冷的方法。 4.2.4.3 罩式炉冷却可采用将渗氮炉加热炉体移走,再罩上一个冷却罩,在冷却罩和炉罐之间鼓风或喷 水雾冷却。 4.2.4.4 底装料立式炉冷却可采用将工件放入专用气冷槽内冷却。 3GB/T32540—2016 4.2.5 其他要求 炉子应设置试样取样装置,方便取样,并有防止校准试样发生氧化的措施。 4.3 清洗设备 4.3.1 清洗机根据所选用清洗剂的不同,可以分为水基清洗机和溶剂清洗机。 4.3.2 清洗机要能够去除油污、污物、切屑等污染物,并有吹(烘)干功能。 4.3.3 清洗机应设有废油回收装置和废水、废液处理系统。 4.4 装卸料机构 装卸料机构应确保运行可靠。可以自动装卸料,也可以手工装卸料。装卸料机构必须设置安全防 护装置。 4.5 供排气系统 4.5.1 进气系统包括氨气、氨分解气、氮气等气体组成的供气通道及相应装置。每一种气体进气管路 都应配置截止阀、减压稳压阀、压力计、流量计等。流量计规格应与实际使用量相匹配。 4.5.2 供气管路应以不同颜色或标牌清楚标识。对于有腐蚀性的气体(如氨)管路和阀门应采用不锈 钢制品,密封垫应采用耐腐蚀材料。管路内壁应清理干净,无污垢和杂质,密封良好,不应有泄漏现象。 4.5.3 氨气进气管路应设置干燥装置,去除气氛中水分,使水分含量≤0.01%,并采取措施保证供气压 力稳定。 4.5.4 排气系统设有排气量控制装置,以控制炉压可调和稳定,保证排气顺畅。 4.5.5 炉内残余废气可采取加热的方式裂解成氢和氮后点燃排出,也可采用燃气火焰将废气点燃排放 等方法,使处理后的废气符合GB/T27946和其他环保规定要求。 4.6 控制系统 4.6.1 加热炉的控制系统应符合GB/T9452对设备和仪表的要求。 4.6.2 每个加热区内至少有两支热电偶,安装在接近有效加热区处,一支接温度记录仪器,另一支接控 温仪器,其中一个仪表具有报警功能。 4.6.3 精密气体渗氮设备应采用氮势传感器、氮势控制仪和质量流量计等组成的氮势闭环控制系统, 对氨+氨分解气为气源的渗氮工艺实施精确控制。 4.6.4 控制系统一般应能指示、控制和记录温度、氮势及工艺过程,以实施对温度、气氛、时间、动作等 的控制。 4.6.5 当渗氮热处理工艺要求较高时,一般应采用计算机控制及管理系统。对温度、时间、氮势、炉压 等工艺参数依工艺要求实现