鋼的滲碳熱處理

（優(yōu)選）鋼的滲碳熱處理目前一頁(yè)\總數(shù)二十頁(yè)\編于十九點(diǎn)滲碳的目的和應(yīng)用范圍31滲碳方法2氣體滲碳33滲碳后的熱處理35滲碳熱處理的常見缺陷及產(chǎn)生原因37滲碳層成分、組織和厚度4滲碳件質(zhì)量檢查6主要內(nèi)容目前二頁(yè)\總數(shù)二十頁(yè)\編于十九點(diǎn)一、滲碳的目的和應(yīng)用范圍定義滲碳：將鋼件置于具有足夠碳勢(shì)的介質(zhì)中加熱到奧氏體狀態(tài)并保溫，使其表層形成一個(gè)富碳層的熱處理工藝。碳勢(shì)：純鐵在一定溫度下于加熱爐氣中加熱時(shí)達(dá)到既不增碳也不脫碳并與爐氣保持平衡時(shí)的表面含碳量。

主要目的：是提高工件表面的硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度，同時(shí)保持心部具有一定強(qiáng)度和良好的塑性與韌性。

應(yīng)用范圍：在機(jī)器制造業(yè)中，有許多重要零件，如汽車變速箱齒輪、活塞銷、摩擦片等?？梢詽B碳的鋼一般是碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.12%-0.25%的低碳鋼或低碳合金鋼如20、20Cr、20CrMnTi、20CrMnMo、18Cr2Ni4W等。目前三頁(yè)\總數(shù)二十頁(yè)\編于十九點(diǎn)二、滲碳方法根據(jù)滲碳劑的不同，滲碳方法可分為固體滲碳、液體滲碳和氣體滲碳。（1）固體滲碳固體滲碳是將工件置于填滿木炭(90%左右)和催滲劑(BaCO3、CaCO3或Na2CO3等)(10%左右)的固體滲碳箱內(nèi)進(jìn)行的，如圖1所示。

（2）液體滲碳液體滲碳就是在液體介質(zhì)中進(jìn)行的滲碳工藝。它可分為兩類：一類是加有氰化物的鹽浴，另一類是不加氰化物的鹽浴。因氰化物有劇毒現(xiàn)已基本不用。不加氰化物的鹽浴由NaCl或KCl、Na2CO3、和(NH2)2CO或木粉組成。如圖2所示。（3）氣體滲碳?xì)怏w滲碳是指零件在氣體滲碳劑中進(jìn)行滲碳的工藝。如圖3所示。氣體滲碳法的生產(chǎn)率高，滲碳過程容易控制，滲碳層質(zhì)量好，且易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化與自動(dòng)化，故應(yīng)用最廣。

目前四頁(yè)\總數(shù)二十頁(yè)\編于十九點(diǎn)圖1固體滲碳箱

1—滲碳劑2—工件3—箱體4～6mm

鐵板4—泥封5—試棒?10mm

6—蓋：鐵板厚6～8mm目前五頁(yè)\總數(shù)二十頁(yè)\編于十九點(diǎn)圖2井式氣體滲碳爐

1—風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)2—廢氣火焰3—爐蓋4—砂封5—電阻絲6—耐熱罐7—工件8—爐體目前六頁(yè)\總數(shù)二十頁(yè)\編于十九點(diǎn)注：在供應(yīng)的原料氣組分穩(wěn)定的情況下，只要控制氣氛中的微量組分CO2、H2O、CH4或O2中的任何一個(gè)含量，便可控制上述反應(yīng)達(dá)到某一平衡點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)控制氣氛碳勢(shì)的目的。通常，生產(chǎn)中用露點(diǎn)儀控制H2O含量；用紅外線儀控制CO2含量；用氧探頭法控制O2含量。三、氣體滲碳(1)滲碳介質(zhì)的分解由介質(zhì)中分解出活性碳原子。滲碳?xì)夥赵诟邷叵路纸獬龌钚蕴荚覽C]，即：(2)碳原子的吸收

工件表面吸收活性碳原子，也就是活性碳原子由鋼的表面進(jìn)入鐵的晶格而形成固溶體，或形成特殊化合物。(3)碳原子的擴(kuò)散被工件吸收的碳原子，在一定溫度下，由表面向內(nèi)部擴(kuò)散，形成一定厚度的滲層。（一）原理目前七頁(yè)\總數(shù)二十頁(yè)\編于十九點(diǎn)1.氣氛碳勢(shì)一般滲碳件的表面含碳量可在0.6%-1.1%間變化。確定最佳表面碳含量的出發(fā)點(diǎn)首先是獲得最高的表面硬度；其次是使?jié)B層具有最高的耐磨性和抗磨損疲勞性能。研究表明，滲碳層的表面碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最好在0.8%-1.0%范圍內(nèi)最佳表層碳含量確定后就可根據(jù)表面碳含量與碳勢(shì)的關(guān)系，確定碳勢(shì)。2.滲碳溫度滲碳溫度首先影響著分解反應(yīng)平衡，粗略地說，如果氣氛中的CO2含量不變，則溫度每降低10℃將使氣氛碳勢(shì)增加約0.08%；其次，溫度也影響碳的擴(kuò)散速度，如果氣氛碳勢(shì)不變，溫度每提高100℃可使?jié)B碳層深度增加1倍；第三，溫度還影響著鋼中的組織轉(zhuǎn)變，溫度過高會(huì)使鋼的晶粒粗大。生產(chǎn)上廣泛使用的溫度是900-930℃。對(duì)于薄層滲碳溫度可降到880-900℃，這主要是為了控制滲碳層深度；而對(duì)于深層滲碳(大于5mm)，溫度可提高到980-1000℃，這主要是為了縮短滲碳時(shí)間。3.滲碳時(shí)間滲碳時(shí)間主要影響滲層深度，同時(shí)也在一定程度上影響濃度梯度。（二）工藝參數(shù)的選擇與控制d—滲層深度(mm)；t—滲碳時(shí)間(h)；T—滲碳溫度(K)目前八頁(yè)\總數(shù)二十頁(yè)\編于十九點(diǎn)（三）滲碳工藝參數(shù)的綜合選擇①升溫階段工件達(dá)到滲碳溫度前的一段時(shí)間，用較低的碳勢(shì)；②高速滲碳階段正常溫度或更高溫度下，用高于所需表面碳含量的碳勢(shì)，時(shí)間較長(zhǎng)；③擴(kuò)散階段工件降到或維持在正常滲碳溫度下碳勢(shì)降到所需表面碳含量，時(shí)間較短；④預(yù)冷階段使溫度降低到淬火溫度，便于直接淬火。圖3氣體滲碳典型工藝曲線目前九頁(yè)\總數(shù)二十頁(yè)\編于十九點(diǎn)低碳鋼滲碳后，表層含碳量可達(dá)過共析成分，由表往里碳濃度逐漸降低，直至滲碳鋼的原始成分。滲碳件緩冷后，表層組織為珠光體加二次滲碳體；心部為鐵素體加少量珠光體組織；兩者之間為過渡層，越靠近表層鐵素體越少。一般規(guī)定，從表面到過渡層一半處的厚度為滲碳層的厚度。圖7低碳鋼滲碳緩冷后的顯微組織

滲碳層厚度δ四、滲碳層成分、組織和厚度目前十頁(yè)\總數(shù)二十頁(yè)\編于十九點(diǎn)零件種類滲碳層厚度δ(mm)備注軸類(0.1～0.2)RR--半徑(mm)齒輪(0.2～0.3)mm--模數(shù)薄片工件(0.2～0.3)tt--厚度(mm)典型零件滲碳層厚度確定方法目前十一頁(yè)\總數(shù)二十頁(yè)\編于十九點(diǎn)1.淬火淬火是為了獲得馬氏體組織，以得到高硬度。通常有三種方法，即預(yù)冷直接淬火、一次加熱淬火和二次加熱淬火。滲碳零件淬火溫度的選擇要兼顧高碳的滲層和低碳的心部?jī)煞矫娴囊?。原則上，過共析層的淬火溫度低于Accm，而亞共析層的淬火溫度高于Ac3。如果Accm＞Ac3，很容易選擇一個(gè)淬火溫度來(lái)同時(shí)滿足這兩者的要求；果Accm≤Ac3，則很難同時(shí)兼顧。在這種情況下，要根據(jù)對(duì)零件的主要技術(shù)要求、鋼件的心部能否淬透、滲碳后零件的表面含碳量和所采用的淬火方法等綜合考慮加以決定。五、滲碳后的熱處理目前十二頁(yè)\總數(shù)二十頁(yè)\編于十九點(diǎn)①預(yù)冷直接淬火

對(duì)于碳鋼，預(yù)冷溫度應(yīng)在Ar1～Ar3之間。對(duì)于多數(shù)合金鋼，通常預(yù)冷溫度在820～850℃之間。②一次加熱淬火

一般合金滲碳鋼，常采用稍高于Ac3的溫度（820～860℃）加熱淬火。③二次加熱淬火

第一次淬火的加熱溫度應(yīng)高于心部的Ac3溫度，第二次淬火主要是為細(xì)化表層組織，溫度選擇稍高于表層的Ac1。圖5滲碳件常用的淬火方法a)預(yù)冷直接淬火b)一次淬火法c)二次淬火法2.回火滲碳件淬火后尚需進(jìn)行低溫回火，回火溫度通常為150～190℃。3.冷處理作用是減少或消除殘余奧氏體，從而適當(dāng)提高滲層硬度。由于冷處理生產(chǎn)成本高，又增加了工序，目前生產(chǎn)中除特殊滲碳零件外，一般很少采用。目前十三頁(yè)\總數(shù)二十頁(yè)\編于十九點(diǎn)20鋼4%硝酸酒精500×930℃氣體滲碳8小時(shí)，直接淬火表層組織照片：馬氏體+碳化物（白色顆粒）+殘余奧氏體目前十四頁(yè)\總數(shù)二十頁(yè)\編于十九點(diǎn)20鋼4%硝酸酒精500×930℃氣體滲碳8小時(shí)，930℃加熱淬火心部組織照片：低碳馬氏體+未溶鐵素體目前十五頁(yè)\總數(shù)二十頁(yè)\編于十九點(diǎn)[1]也可用齒頂硬度代替；對(duì)斜齒輪、圓錐齒輪，還可用齒端面硬度代替，但均應(yīng)考慮與齒面硬度的差異。對(duì)無(wú)法用硬度計(jì)檢驗(yàn)的齒輪，可用標(biāo)準(zhǔn)銼刀檢驗(yàn)，或用隨爐試樣檢測(cè)。[2]心部硬度也可用隨爐試樣檢測(cè)。其他零件心部硬度在距表面三倍滲碳層深度以外處進(jìn)行檢測(cè)。[3]所謂過渡區(qū)，是指由共析區(qū)內(nèi)側(cè)至心部外側(cè)組織之間的區(qū)域。1)外觀工件表面無(wú)氧化、銹蝕、剝落、碰傷、裂紋等。2)硬度在淬火、回火后檢驗(yàn)，表面硬度、心部硬度及非滲碳區(qū)硬度應(yīng)符合技術(shù)要求。對(duì)滲碳齒輪，JB/T7516-1994規(guī)定表面硬度以分度圓處齒面為準(zhǔn)[1]，心部硬度的檢測(cè)部位為齒根圓與輪齒中心線相交處[2]。檢率按規(guī)定執(zhí)行。硬度不合格時(shí)，應(yīng)加倍抽檢，仍不合格則視情況進(jìn)行返修或判報(bào)廢。3)滲碳層深度常用滲碳層深度檢測(cè)法有以下四種：①斷口目測(cè)法將滲碳工件淬火后打斷，觀察斷口形貌。滲碳層呈白瓷狀，中心未滲碳部分呈灰色纖維狀斷口。②金相測(cè)量法滲碳緩冷后的試樣經(jīng)磨制、腐蝕后，在顯微鏡下測(cè)定。碳鋼的滲碳層深度是從表面垂直量至1/2過渡區(qū)[3]，其滲碳層包括過共析層+共析層+1/2過渡區(qū),并要求過共析與共析區(qū)之和應(yīng)占總層深的75%以上；合金鋼滲層深度是從表面垂直量至出現(xiàn)心部原始組織為止，包括過共析層+共析層+過渡區(qū)全部，并要求過共析與共析區(qū)之和應(yīng)占總層深的50％以上。③硬度測(cè)量法根據(jù)GB/T9450-2005進(jìn)行測(cè)量。④剝層化學(xué)分析法此法精確可靠，但取樣和分析較麻煩，生產(chǎn)中很少采用。4)金相組織檢驗(yàn)一般在淬火、回火后，按有關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn)。檢驗(yàn)項(xiàng)目包括碳化物（大小、數(shù)量和分布等），馬氏體針的大小及殘余奧氏體數(shù)量多少，心部游離鐵素體的大小和數(shù)量等。5)裂紋可靠性要求高的齒輪在熱處理和磨齒后，100%檢驗(yàn)，一般齒輪進(jìn)行抽檢。檢驗(yàn)方法有磁粉探傷、超聲波探傷、金相法等。6)畸變按圖樣技術(shù)要求進(jìn)行檢驗(yàn)。六、滲碳件質(zhì)量檢查目前十六頁(yè)\總數(shù)二十頁(yè)\編于十九點(diǎn)1.表面硬度偏低2.滲層深度不夠或不均勻3.金相組織不合格4.滲碳層內(nèi)出現(xiàn)氧化5.零件變形超差6.心部硬度過高七、滲碳熱處理的常見缺陷及產(chǎn)生原因（一）常見缺陷目前十七頁(yè)\總數(shù)二十頁(yè)\編于十九點(diǎn)1.表面硬度偏低可能是表面脫碳，或出現(xiàn)非馬氏體組織，或是表層馬氏體回火抗力低等2.滲層深度不足或不均勻深度不足：滲碳時(shí)間過短；深度不均勻：爐氣循環(huán)不良或溫度不均勻，往往與爐子設(shè)計(jì)和零件裝爐情況不良有關(guān)。3.金相組織不合格不采用過高的氣氛碳勢(shì)；采用細(xì)晶粒鋼；采用一次加熱淬火；采用冷處理；適當(dāng)提高淬火溫度4.滲碳層內(nèi)氧化滲碳?xì)夥罩泻蠴2，H2O，CO2等氧化性組分，而鋼中又含有與氧原