熱處理原理與工藝第十五章-鋼的碳氮共滲與氮碳共滲課件

1、第十五章鋼的碳氮共滲與氮碳共滲第十五章鋼的碳氮共滲與氮碳共滲第一節(jié)氣體碳氮共滲一、概述 碳氮共滲（carbonitriding）是在奧氏體狀態(tài)下，同時(shí)將碳、氮滲入工件表層，并以滲碳為主的化學(xué)熱處理工藝。1.碳氮共滲的特點(diǎn)1)氮的滲入降低了滲層的相變溫度(A1及A3點(diǎn))，故碳氮共滲可在較低溫度(860)下進(jìn)行，使奧氏體晶?？杀３州^細(xì)狀態(tài)，因此共滲后一般都可直接淬火，并且畸變較小。第十五章鋼的碳氮共滲與氮碳共滲2)氮的滲入增大了滲層中過冷奧氏體的穩(wěn)定性，提高了滲層的淬透性，因此，可采用較低的淬火冷卻速度，有利于減小工件淬火畸變。 3)在相同處理溫度下，碳氮共滲速度大于滲碳速度(此現(xiàn)象主要在共滲初期

2、較明顯)。4)硬度一般比滲碳件略高，耐磨性比滲碳件好。2.碳氮共滲件用鋼及加工路線滲碳用鋼一般均可用于碳氮共滲。第十五章鋼的碳氮共滲與氮碳共滲二、氣體碳氮共滲劑及化學(xué)反應(yīng)1.滲碳劑+氨氣 用煤油或丙酮+氨氣作為共滲劑，多用于滴注式井式爐或周期作業(yè)爐；吸熱式氣體+氨氣共滲劑，多用于連續(xù)爐或生產(chǎn)批量較大的周期式作業(yè)爐。第十五章鋼的碳氮共滲與氮碳共滲圖15-1用三乙醇胺碳氮共滲后滲層碳、氮含量分布(40鋼，加熱40min，保溫5h)2.含碳、氮的有機(jī)化合物 目前使用較多的是三乙醇胺或三乙醇胺中加入一定數(shù)量尿素的混合劑。第十五章鋼的碳氮共滲與氮碳共滲三、碳氮共滲工藝(一)工藝參數(shù)確定1.碳氮共滲溫度

3、在共滲劑一定時(shí)，共滲溫度不同，滲層中碳、氮含量及滲層深度將不同。圖15-2共滲溫度對(duì)滲層碳、氮含量分布的影響a)20鋼，煤油8090滴/min，氨1.81.9L/minb)10鋼，煤油+氨氣，1.5h第十五章鋼的碳氮共滲與氮碳共滲圖15-3不同溫度下碳氮共滲層深度與共滲時(shí)間的關(guān)系2.共滲時(shí)間 圖15-3所示為不同溫度下共滲時(shí)間對(duì)碳氮共滲層深度的影響。第十五章鋼的碳氮共滲與氮碳共滲3.滲劑供應(yīng)量 共滲劑中滲碳?xì)馀c氨的比例，對(duì)共滲層的碳、氮含量影響很大。(二)氣體碳氮共滲工藝 氣體碳氮共滲溫度與滲碳相近，對(duì)設(shè)備的要求與氣體滲碳基本相同，各種滲碳爐均適用于碳氮共滲。第十五章鋼的碳氮共滲與氮碳共滲表1

4、5-1井式爐碳氮共滲各階段煤油及氨氣加入量1.有機(jī)滴液+氨氣的碳氮共滲第十五章鋼的碳氮共滲與氮碳共滲圖15-440Cr鋼汽車變速齒輪氣體碳氮共滲工藝曲線40Cr鋼汽車變速齒輪氣體碳氮共滲工藝曲線第十五章鋼的碳氮共滲與氮碳共滲圖15-530CrMnTi鋼制拖拉機(jī)變速齒輪的分段碳氮共滲工藝曲線30CrMnTi鋼制拖拉機(jī)變速齒輪的分段碳氮共滲工藝曲線第十五章鋼的碳氮共滲與氮碳共滲2.保護(hù)氣+富化氣+氨氣的碳氮共滲 用保護(hù)氣+富化氣+氨氣的碳氮共滲，可在井式爐、密封箱式爐及連續(xù)式氣體滲碳爐內(nèi)進(jìn)行。 (1)井式爐碳氮共滲工藝舉例表15-2JT-60井式爐碳氮共滲工藝規(guī)程第十五章鋼的碳氮共滲與氮碳共滲表1

5、5-3連續(xù)式爐氣體碳氮共滲工藝(2)連續(xù)式爐碳氮共滲工藝舉例第十五章鋼的碳氮共滲與氮碳共滲3.直接滴入三乙醇胺的碳氮共滲 圖15-6所示為在RJJ-60井式爐用三乙醇胺的裂解氣作為共滲劑的碳氮共滲工藝曲線。圖15-6在RJJ-60井式爐用三乙醇胺的裂解氣作為共滲劑的碳氮共滲工藝曲線第十五章鋼的碳氮共滲與氮碳共滲四、碳氮共滲后的熱處理 碳氮共滲后的熱處理與滲碳后熱處理基本相同。五、碳氮共滲層的組織與性能1.碳氮共滲層組織 共滲層的組織取決于滲層中碳、氮含量，鋼種及共滲溫度。第十五章鋼的碳氮共滲與氮碳共滲表15-4幾種常用鋼種碳氮共滲層的最佳碳、氮含量第十五章鋼的碳氮共滲與氮碳共滲2.碳氮共滲件的

6、力學(xué)性能(1)硬度和耐磨性圖15-7常見的兩種碳氮共滲層硬度分布曲線(850共滲后淬火)a)20CrMnTi鋼b)30CrMnTi等三種鋼第十五章鋼的碳氮共滲與氮碳共滲圖15-8碳氮共滲及其他熱處理對(duì)20Cr鋼彎曲疲勞強(qiáng)度的影響(2)疲勞強(qiáng)度第十五章鋼的碳氮共滲與氮碳共滲六、碳氮共滲件的質(zhì)量檢驗(yàn)及常見缺陷 1.共滲件的質(zhì)量檢驗(yàn)碳氮共滲件質(zhì)量檢驗(yàn)的項(xiàng)目與滲碳件相同。2.共滲件常見缺陷 與滲碳件類似，碳氮共滲件常見缺陷也包括存在滲層網(wǎng)狀化合物，殘留奧氏體量過多，存在黑色組織，表面脫碳、脫氮，心部鐵素體過多，滲層深度不夠，表面硬度低等，這些缺陷的形式、形成原因及防止方法基本上與滲碳相同。第十五章鋼的

7、碳氮共滲與氮碳共滲表15-5碳氮共滲層表面硬度檢驗(yàn)方法第十五章鋼的碳氮共滲與氮碳共滲圖15-9碳氮共滲層中的黑點(diǎn)(400)碳氮共滲件常見缺陷第十五章鋼的碳氮共滲與氮碳共滲圖15-10碳氮共滲層中的黑色組織(黑網(wǎng))碳氮共滲件常見缺陷第十五章鋼的碳氮共滲與氮碳共滲第二節(jié)氣體氮碳共滲 氮碳共滲（nitrocarburizing）是指工件表層同時(shí)滲入氮原子和碳原子，并以滲氮為主的化學(xué)熱處理工藝。一、氣體氮碳共滲劑氣體氮碳共滲劑一般有三大類：(1)尿素?zé)岱纸鈿獾谑逭落摰奶嫉矟B與氮碳共滲(2)甲酰胺、三乙醇胺等熱分解氣第十五章鋼的碳氮共滲與氮碳共滲表15-6氮碳共滲結(jié)果(3)氨+滲碳?xì)獾谑逭落摰奶嫉?/p>

8、共滲與氮碳共滲二、氣體氮碳共滲工藝 1.共滲溫度圖15-1245鋼共滲溫度對(duì)化合物層深度及疏松層的影響1白色層2相化合物層3致密相化合物層4疏松相化合物層第十五章鋼的碳氮共滲與氮碳共滲圖15-1340Cr鋼在570氮碳共滲時(shí)保溫時(shí)間對(duì)滲層深度的影響2.共滲保溫時(shí)間 圖15-13為40Cr鋼在570氮碳共滲時(shí),保溫時(shí)間對(duì)化合物層和擴(kuò)散層深度的影響。第十五章鋼的碳氮共滲與氮碳共滲表15-7保溫時(shí)間對(duì)氮碳共滲層深度和表面硬度的影響第十五章鋼的碳氮共滲與氮碳共滲3.共滲后的冷卻 與精密零件滲氮后的冷卻方式不同，氮碳共滲后通常采用快冷（合金鋼油冷，碳鋼水冷）方式，以獲得過飽和的固溶體，使表面形成較大殘余

9、壓應(yīng)力，提高疲勞強(qiáng)度。第十五章鋼的碳氮共滲與氮碳共滲4.減少HCN污染的措施 研究表明，不管用何種方法進(jìn)行氣體鐵素體氮碳共滲，由于滲氮和滲碳組分的相互作用，會(huì)不可避免地產(chǎn)生一定數(shù)量的劇毒氣體氫氰酸（HCN），例如用甲醇（或乙醇）和氨氣共滲時(shí)，爐內(nèi)NH3會(huì)與CO發(fā)生反應(yīng)：NH3+COHCN+H2O，生成HCN。5.奧氏體氮碳共滲 當(dāng)在600700進(jìn)行氮碳共滲時(shí)，由于氮的滲入使Ac1明顯下降，使?jié)B層處于奧氏體狀態(tài)，故稱此工藝為奧氏體氮碳共滲。第十五章鋼的碳氮共滲與氮碳共滲三、氣體氮碳共滲工藝實(shí)例 氮碳共滲前的表面清理、防滲等準(zhǔn)備工作與氣體滲氮基本相同。(1)模具鋼和高速鋼氮碳共滲工藝圖15-14氣

10、體氮碳共滲工藝曲線a)3Cr2W8V模具鋼b)W18Cr4V高速鋼第十五章鋼的碳氮共滲與氮碳共滲(2)球墨鑄鐵曲軸氮碳共滲工藝圖15-15球墨鑄鐵曲軸氮碳共滲工藝曲線第十五章鋼的碳氮共滲與氮碳共滲圖15-1640Cr鋼調(diào)質(zhì)后氮碳共滲的滲層組織四、氮碳共滲層的組織與性能1.氮碳共滲層的組織第十五章鋼的碳氮共滲與氮碳共滲圖15-17氮碳共滲層組織與深度(200)a)20鋼氮碳共滲后300回火1hb)20Cr鋼氮碳共滲(570，4.5h，甲醇+氨氣,油冷)第十五章鋼的碳氮共滲與氮碳共滲2.氮碳共滲層性能 (1)硬度及脆性圖15-18氣體氮碳共滲層硬度分布145鋼240Cr33Cr2W8第十五章鋼的碳氮共滲與氮碳共滲圖15-19鋼經(jīng)不同處理后的耐磨性對(duì)比(2)耐磨性(3)疲勞強(qiáng)度(4)耐蝕性第十五章鋼的碳氮共滲與氮碳共滲五、氮碳共滲件的質(zhì)量檢驗(yàn)及常見缺陷1.氮碳共滲件質(zhì)量檢驗(yàn) 檢驗(yàn)項(xiàng)目包括共滲件外