青島豐東熱處理有限公司致力于新產(chǎn)品熱處理工藝研發(fā)，目前已成功研發(fā)出多種石油機(jī)械零部件熱處理工藝。閥體、閥座熱處理工藝研發(fā)是比較具有代表性的。

閥體、閥座等是鉆井泥漿泵液力端的重要部件,使用過(guò)程承受高壓泥漿等的強(qiáng)烈沖蝕。不同規(guī)格的閥體、閥座分別采用20CrMnTi、20CrMnMo、20CrMo等合金滲碳鋼制造。熱處理要求為:①滲碳層深度δ≥1.6mm，碳化物3～5級(jí)，過(guò)共析+共析層控制不小于1.0mm，過(guò)渡層不大于0.6mm；②表面淬火硬度HRC62～65、心部板條馬氏體HRC35～40；③表面氧化脫碳不大于0.03mm。閥軸、閥內(nèi)孔變形不大于0.1mm。

目前，現(xiàn)行的閥體、閥座滲碳熱處理一般采用在900--930℃區(qū)間選擇同一溫度，采取變碳勢(shì)二段滲碳法進(jìn)行滲碳處理，滲碳處理后零件進(jìn)行爐內(nèi)降溫到820—850℃區(qū)間內(nèi)進(jìn)行直接淬火，或滲碳后進(jìn)行退火，再進(jìn)行二次加熱淬火。這種工藝滲碳周期長(zhǎng)，且零件處理后不能得到最佳的使用性能，從而易于早期失效。

為在現(xiàn)有的氣體滲碳工藝基礎(chǔ)上進(jìn)行改善，縮短滲碳周期，減少電力等能源消耗和低碳排放，提高零件的使用性能，延長(zhǎng)其使用壽命。青島豐東熱處理在密封箱式多用爐熱處理設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行運(yùn)用，該設(shè)備應(yīng)配備可靠的自動(dòng)碳勢(shì)控制系統(tǒng)，主要針對(duì)材質(zhì)為低碳低合金鋼(如20CrMnTi、20CrMnMo)的深層滲碳(要求滲碳層深度1.6—2.5mm)的閥體、閥座。

循環(huán)滲碳法主要是采用在同一溫度下，采取多次短時(shí)強(qiáng)滲—擴(kuò)散的方法，以提高滲碳速度，具體差別如下：

采用常規(guī)滲碳工藝，對(duì)于深層滲碳零件在高碳勢(shì)下進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間滲碳時(shí)，由于大量的碳原子進(jìn)入金屬基體后，金屬表面碳原子濃度不斷增高，當(dāng)達(dá)到一定濃度時(shí)，極易與鐵原子、鉻原子形成大量化合物，使碳原子在金屬內(nèi)部由間隙固溶的形式轉(zhuǎn)化為化合物，從而阻礙了碳原子向基體內(nèi)部的擴(kuò)散，因此為改變金屬表面碳濃度過(guò)高，影響滲碳速度，采用高碳勢(shì)短時(shí)強(qiáng)滲后，即進(jìn)行低碳勢(shì)擴(kuò)散的方式，控制金屬表面的碳原子量達(dá)不到形成化合物的濃度，使其無(wú)法形成化合物，而是始終以固溶的方式存在，在高溫下，使其不斷向金屬內(nèi)部擴(kuò)散，從而提高了整體的滲碳速度，縮短了滲碳周期。

按此工藝滲碳后，由于金屬表面適中的碳濃度，在保證零件高硬度耐磨的前提下，保持適度的韌性，并使金相組織細(xì)化。

對(duì)于不同滲層深度要求的閥體、閥座，可依據(jù)現(xiàn)有的一段式滲碳工藝參數(shù)的基礎(chǔ)上，采用提高強(qiáng)滲碳勢(shì)到1.15—1.2%，降低擴(kuò)散碳勢(shì)到0.75—0.8%，時(shí)間按2-3小時(shí)一個(gè)循環(huán)的方式進(jìn)行，保持滲碳溫度不變，滲碳時(shí)間(是指強(qiáng)滲+擴(kuò)散階段)可由原滲碳時(shí)間縮短20%的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整，以最終檢測(cè)結(jié)果為工藝確定參數(shù)的最終依據(jù)。經(jīng)在1.3—2.3mm滲層深度的產(chǎn)品上試驗(yàn)，可平均縮短20%的時(shí)間，深度越深的產(chǎn)品，效果越明顯。