§2-渗碳

气体渗碳后淬火的表层至心部的组织Question:1)组织2)厚度3)工艺4)控制第二章渗碳及碳氮共渗§2.1钢的渗碳在增碳活性介质中将低碳钢或低碳合金钢加热并保温，使碳原子渗入表层的化学热处理工艺。分类：气体渗碳液体渗碳固体渗碳ShanghaiUniversityofEngineeringScience上海工程技术大学材料工程学院一、渗碳原理气体渗碳ShanghaiUniversityofEngineeringScience上海工程技术大学材料工程学院气体渗碳和固体渗碳零件渗碳剂试棒盖泥封渗碳箱ShanghaiUniversityofEngineeringScience上海工程技术大学材料工程学院ShanghaiUniversityofEngineeringScience上海工程技术大学材料工程学院根据Fe-Fe3C相图，900-950ºC渗碳，C溶解度1.2%-1.5%由于碳溶入A和F的溶解度相差较大，所以在A中渗碳，渗碳后表面→心部过共析钢－共析钢－亚共析钢退火（或正火）：P＋Fe3C→P→P＋F淬火：M＋Fe3C→M＋A→M→M低工件尺寸较大时，P＋F？？？ShanghaiUniversityofEngineeringScience上海工程技术大学材料工程学院1．渗碳温度D=D0Exp(-Q/RT)，R=8.319J/ml•kD850℃=0.6×10-11m2/sD925℃=1.6×10-11m2/sD1100℃=10×10-11m2/sT↑，D↑但设备的寿命，晶粒粗大，工件变形2．保温时间d=k（τ)1/2，τ↑，d↑抛物线型关系，渗碳层的厚度参见书图ShanghaiUniversityofEngineeringScience上海工程技术大学材料工程学院二、常用渗碳钢及其预处理1、对渗碳钢的要求a.力学性能，高强度、高硬度，一定的塑性心部较高的屈服强度和韧性，低合金钢高合金钢b.工艺性能锻造性能，多塑性变形低→高切削性能156～207HBS，片状P＋F渗碳及热处理性能较快的渗碳速度，表面含碳量不致过高c.钢材质量较多和粗大的非金属夹杂物不允许有严重的带状组织、不得出现反常组织ShanghaiUniversityofEngineeringScience上海工程技术大学材料工程学院2．常用渗碳钢a.低强度钢15，20，20Mn2，20Crb.中强度钢20CrMnTi，20CrMnMo，20MnTiBc.高强度钢18Cr2Ni4WA，20CrNi4A3．碳钢的预处理适当的预热处理正火，回火；粒状或片状P4．表件表面清理及防渗处理清洁表面→吹砂电解镀铜，涂抹防渗膏剂ShanghaiUniversityofEngineeringScience上海工程技术大学材料工程学院三、气体渗碳1.常用渗碳设备周期炉（井式，卧式，滚式）连续式炉（振底式，送带式，旋转罐式）ShanghaiUniversityofEngineeringScience上海工程技术大学材料工程学院ShanghaiUniversityofEngineeringScience上海工程技术大学材料工程学院ShanghaiUniversityofEngineeringScience上海工程技术大学材料工程学院2.渗碳剂及选用原则1）常用渗碳剂→液态渗剂：煤油，甲醇，乙醇气体渗剂：天然气，丙烷，丁烷CO≒CO2+[C]+172.4KJ放热反应CH4≒2H2+[C]-75.7KJ吸热反应↓炭黑沉积在工件表面S控制有限0.04%2）选用原则足够的渗碳能力，无炭黑，结焦有害杂质（如硫）和水分要低，易于控制，安全卫生价格低廉，供应充足煤油和甲醇丙酮ShanghaiUniversityofEngineeringScience上海工程技术大学材料工程学院3．渗碳工艺气体渗碳，产生方式及种类（滴注式，吸热式，氮基）；设备类（井式，密封，连续）1）井式炉气体渗碳工艺a.排气加大渗剂流量排除炉内空气b.强烈渗碳关闭试样孔，渗剂滴入量较多，保持炉气有较高的碳势c.扩散，减少滴量d.降温出炉，表面氧化，脱碳，变形ShanghaiUniversityofEngineeringScience上海工程技术大学材料工程学院2）密卦箱式炉气体渗碳，一定批量的多品种3）连续式气体渗碳工艺大批量Ⅰ加热区、Ⅱ渗碳区、Ⅲ扩散区、Ⅳ预冷淬火区炉内保证压力100－150Mpa4）真空渗碳（低压渗碳）较高的表面活性，变形小，能源省方式：一段式：维持压力脉冲式：渗碳又扩散摆动：充分和排气之后，扩散期ShanghaiUniversityofEngineeringScience上海工程技术大学材料工程学院ShanghaiUniversityofEngineeringScience上海工程技术大学材料工程学院ShanghaiUniversityofEngineeringScience上海工程技术大学材料工程学院四、液体渗碳，固体渗碳及其他渗碳方法1．液体渗碳含碳盐浴中进行，内热式和外热式a.液体渗碳盐浴渗碳剂：SiC，C；加热介质：BaCl2，Na2CO3，NaCNb.渗碳工艺及操作850～900℃，直接冷却重新加热淬火工件准备，盐浴的配置及补给表面覆盖和捞渣质量检验工件清洗ShanghaiUniversityofEngineeringScience上海工程技术大学材料工程学院2.固体渗碳渗碳箱中进行，密封渗剂：硬木木炭，焦炭工件烧透3.膏剂渗碳及其他渗碳方法适于单件感应加热渗碳，电解渗碳放电渗碳，离子渗碳ShanghaiUniversityofEngineeringScience上海工程技术大学材料工程学院渗碳结束后的零件状态ShanghaiUniversityofEngineeringScience上海工程技术大学材料工程学院1.直接淬火工件渗碳后，预冷到一定温度，然后立即进行淬火冷却。适用于气体，液体渗碳。淬火内应力，析出，部分碳化物优点：减少加热；冷却次数，操作简单；减少变形及氧化脱碳时间缺点：淬火变形，奥氏体容易晶粒长大五、渗碳后的热处理ShanghaiUniversityofEngineeringScience上海工程技术大学材料工程学院2.一次淬火860～880℃出炉高于AC3(820～860℃)，表面：AC1～AC3780～810℃AC1以上760～780℃其工艺特点是渗碳后的零件以较快的速度(防止渗后表面氧化脱碳和析出网状碳化物)冷却到Ac3以下或室温，然后重新加热到840℃左右，细化奥氏体晶粒后淬火，保证渗碳淬火件有好的韧性。此外，渗碳后要求进行半精加工或要求在压床上淬火或安装上工夹具后淬火，以控制淬火变形的零件。也需要采用一次淬火法。ShanghaiUniversityofEngineeringScience上海工程技术大学材料工程学院3.两次淬火或一次正火+一次淬火880～900℃，细化心部组织，表面网状渗碳体810～830℃，细针状MShanghaiUniversityofEngineeringScience上海工程技术大学材料工程学院ShanghaiUniversityofEngineeringScience上海工程技术大学材料工程学院ShanghaiUniversityofEngineeringScience上海工程技术大学材料工程学院ShanghaiUniversityofEngineeringScience上海工程技术大学材料工程学院1)等温淬火表层Ms以上，心部Ms以下，等温2)表面加热淬火3)强韧化处理高温渗碳并直接淬火M+A线中间回火，350～450，T+A线+B低温时加热淬火，M+Fe3C细小低温回火4)二次硬化处理13Cr3NiWMo2V回火2-7次，快速运转的齿轮4.其它淬火方法ShanghaiUniversityofEngineeringScience上海工程技术大学材料工程学院1.组织表层（表面没有游离碳化物，细小颗粒碳化物）2.渗碳层性能碳含量，碳浓度梯度，碳化物评级3.渗碳件的性能1)心部组织，低碳M或工件尺寸大，T或S2)渗碳层深度与工件截面尺寸匹配承载的接触应力大→渗层浅六、渗碳层的组织和性能ShanghaiUniversityofEngineeringScience上海工程技术大学材料工程学院ShanghaiUniversityofEngineeringScience上海工程技术大学材料工程学院渗碳、淬火、低温回火后渗碳件的金相组织和硬度为：渗碳层的组织为高碳回火马氏体+少量残余奥氏体+少量分散细小的碳化物，硬度大于56HRC。心部组织取决于钢的淬透性和零件尺寸，钢的淬透性好或零件尺寸小，心部组织全部或主要是回火马氏体。其硬度为40HRC左右，否则心部组织会有大量的自由铁素体、零件的强韧件较低。ShanghaiUniversityofEngineeringScience上海工程技术大学材料工程学院1)外观检查2)工件变形3)硬度4)渗碳层深度，总深度，过共析层+共析层+1/2过渡区75%断口目测法金相测量法有效硬化层深度测定法剥层化学分析法七、渗碳件质量检查ShanghaiUniversityofEngineeringScience上海工程技术大学材料工程学院5)金相组织检验a)碳化物的评定b)马氏体和A残组织级别c)心部铁素体ShanghaiUniversityofEngineeringScience上海工程技术大学材料工程学院ShanghaiUniversityofEngineeringScience上海工程技术大学材料工程学院1)表层粗大块状或网状碳化物→重新淬火，加热扩散2)表面大量残余奥氏体→冷处理，重新加热3)表面脱碳→补渗，喷丸4)表面非马氏体组织→过（喷丸），重新淬火5)反常组织（软点）→较快冷却6)心部铁素体过高→正常工艺加热淬火八、渗碳件常见缺陷及防止措施ShanghaiUniversityofEngineeringScience上海工程技术大学材料工程学院表层粗大块状碳化物表层网状碳化物ShanghaiUniversityofEngineeringScience上海工程技术大学材料工程学院渗碳层大量残余奥氏体反常组织（软点）ShanghaiUniversityofEngineeringScience上海工程技术大学材料工程学院ShanghaiUniversityofEngineeringScience上海工程技术大学材料工程学院ShanghaiUniversityofEngineeringScience上海工程技术大学材料工程学院ShanghaiUniversityofEngineeringScience上海工程技术大学材料工程学院国内外渗碳工艺的发展真空渗碳超声波渗碳电解渗碳流态床渗碳高频渗碳ShanghaiUniversityofEngineeringScience上海工程技术大学材料工程学院§2.2钢的碳氮共渗一、碳氮共渗原理将工件放在能产生碳、氮活性原子的介质中加热并保温，使工件表面同时吸收碳和氮原子并向内部扩散，形成一定碳和氮浓度和一定厚度的渗层，然后按适当方式冷却（一般直接淬火）的过程。三个阶段：1）共渗介质分解，2）C、N原子被钢吸收，3）N、C原子向内层扩散。ShanghaiUniversityofEngineeringScience上海工程技术大学材料工程学院不同于渗碳：1）渗层深度加厚（同一温度）2）渗层的相变温度降低，Ac1→697℃3)冷却υk↓，淬透性↑，变形小4)Ms↓，A残↑ShanghaiUniversityofEngineeringScience上海工程技术大学材料工程学院ShanghaiUniversityofEngineeringScience上海工程技术大学材料工程学院1．用钢渗碳钢→碳氮共渗（内氧化，氮化合物）2．热处理直接淬火+回火200℃3.具体工艺特点等二、用钢及其热处理ShanghaiUniversityofEngineeringScience上海工程技术大学材料工