潘少杰， 周梦飞， 杨家富， 王立杰

(南京林业大学机械电子工程学院，江苏 南京 210037)

江苏某林业机械厂在多用炉气体渗碳时采用甲醇作为稀释剂，丙酮作为富化剂，且均为常量，然后根据测氧传感器(氧探头)输出电势的大小，通过调节通入炉内的平衡空气流量来自动控制炉气碳势[1-2]。这种方法可以实现单因素精确控制碳势[3]，渗碳零件质量也符合图纸要求。但是，由于整个渗碳过程中渗剂都是以所需的最大流量通入炉内，且恒定不变，所以浪费了大量的渗剂，从经济角度看，这不是最佳工艺。为此，我们分析了氧探头单因素精确控制碳势的基本条件，并提出了改进工艺的办法，保证既能精确控制炉内碳势，渗碳零件质量稳定可靠，又能节约大量渗剂，取得了较好的效果。

1 氧探头单因素精确控制碳势的基本条件

气体渗碳时活性碳原子可以通过下面的反应提供[4]：

(1)

这时，炉气碳势可用下式来表示[5-6]：

(2)

式中：PO2、PCO为炉内O2和CO气体的分压；rc为渗碳温度下奥氏体中的饱和碳浓度，K为(1)式的平衡常数。

氧探头实质就是氧化锆固体电解质浓差电池，一定温度下，当氧化锆管的内测通入参比空气，外侧与炉内渗碳气体接触时，氧探头的输出电势E可以用能斯特方程表示：

(3)

式中：E为氧探头的输出电势(mV)；T为氧探头工作温度(绝对温度K)；PO2为炉内氧分压。

由(2)、(3)式可得：

(4)

从(4)式可以得出如下结论：氧探头单因素控制碳势要想达到较高的控制精度，不致发生失控现象，必须满足以下两个前提条件：