脱碳对产品性能的影响

脱碳对产品性能的影响氧化、脱碳在热处理中较常见。对经过热处理的工件，通常只规定检测其硬度，对硬度合格就合格。但对于某些重要运动零件来说，如零件表面硬度在规定值的下限，其表面往往隐藏着一定的脱碳层，这将影响零件的使用寿命。在实际生产中，我们就曾遇到过某机件因脱碳层过深而导致提前报废的情况（某规定寿命≥3500次，而失效件寿命只达3065～3376次）。该零件头部呈圆形，截面很小，只有Φ2.5㎜，而工作条件又特别苛刻，要在每分钟650次的高速冲击中工作。零件在冷、热加工中稍不注意或检验把关不严、或圆弧连接不圆滑、表面粗糙度差等，都会影响零件的使用寿命。本文主要就热处理方面出现的且易被人忽视的脱碳问题加以分析。1.脱碳对寿命的影响该失效件经综合理化分析、外观及几何形状检测、表面粗糙度差检查，均未发现异常，只是在对失效的两个工件在工作部位取样进行脱碳层检测时，发现其脱碳层分别为0.08～0.09㎜，而且原技术标准中也有规定此项要求。在分析讨论失效原因时，不少人认为脱碳这么几丝（1丝＝0.01㎜），难道会影响零件使用寿命吗？为此，我们再次通过寿命试验，验证了脱碳层与该件寿命的对应关系（见表1），得到的答案是肯定的。表1脱碳深度与使用寿命的对应关系脱碳层深度/㎜硬度HRC寿命（次）0.0945～4730650.0845～45.533760.0648～5039420.0445～47＞4000无49～50＞7000无49～50＞100002.脱碳倾向分析和试验结果该机件材料为35CrMnSiA，脱碳倾向比一般不含硅材料严重，这是因为含硅的钢表面不易氧化，表层碳向外扩散的速度超过了铁的氧化速度，因而易形成脱碳层。我们采用含碳量接近的35钢和35CrMnSiA钢，将毛坯材料的原脱碳层用机加方法完全去除，然后用同一热处理规范后再取样检查两者的脱碳层。试样尺寸：Φ7㎜×55㎜，用铁丝绑扎两者，同炉热处理。试验工艺：箱式电炉加热并用木炭保护（未用密封罐）。（1）850℃保温20min后水淬（因只研究脱碳情况，故试样未经回火）其脱碳层见表2。表2脱碳层试验结果钢号脱碳深度/㎜表面硬度HRC35CrMnSiA0.06～0.0938～4035无55.0～55.5注：将35CrMnSiA试样表面脱碳层去除后再测硬度为53.0～53.5HRC。（2）880℃盐炉加热8min后水淬，脱碳层情况见表3。表2脱碳层试验结果钢号脱碳深度/㎜表面硬度HRC35CrMnSiA0.0640.5～41.535无43.0～48.53.防止氧化和脱碳的措施零件在加热过程中，只有当炉中气氛处于中性状态时，才不会氧化和脱碳。根据该件特殊要求，我们采用了可靠的防氧化脱碳措施，在密封罐中加入干燥后的木炭颗粒和1%和Na2CO3进行保护加热，经这样处理后的零件基本没有脱碳层。为防万一，还必须每批附试样与零件同炉热处理，以便检查脱碳层和金相组织，并规定合格零件的脱碳深度不允许超过0.03㎜。通过上述措施后，该机件寿命一直保持稳定，并有了很大的提高。4.结语像这类小截面运动零件，除在机加过程中防止工作部位出现刀伤、凹点、表面粗糙等缺陷外，还应重点注意热处理所产生的缺陷，如氧化和脱碳及力学性能、金相组织、硬度不合格等。为挖掘材料及热处理潜力，硬度最好控制在上限，以提高疲劳强度，并选择综合力学性能、金相组织匹配最好的强韧化工艺，如奥氏体化后的等温处理，以得到强韧性匹配极佳的金相组织AB残下＋（少量10%～20%）。