自適應(yīng)滲碳中滲碳參數(shù)對滲碳結(jié)果的影響

【摘要】采用工業(yè)計算機控制，研究了在不同滲碳深度條件下，自適應(yīng)滲碳過程中，滲碳參數(shù)最高爐氣碳勢、最高表面碳濃度及表面碳濃度三者之間變化組合，對滲碳鋼18Cr2Ni4WA滲碳后滲層組織、硬度梯度變化趨勢的影響。結(jié)果表明，滲碳參數(shù)之間的合理組合，可以獲得理想的滲碳結(jié)果。熱處理行業(yè)，就當(dāng)前的發(fā)展水平來說，可控氣氛熱處理是重要的組成部分。滲碳產(chǎn)品是熱處理主流產(chǎn)品之一，發(fā)揮了傳統(tǒng)材料的潛在能力。對于承受重載、耐磨、沖擊和復(fù)雜應(yīng)力的齒輪、軸、活塞銷和凸輪等零件，滲碳是最重要的表面強化手段之一。隨著滲碳零件諸如壽命、力學(xué)性能等要求越來越高，對滲碳質(zhì)量的要求也水漲船高，過去的那種粗放型滲碳方式，顯然已經(jīng)無法滿足要求，迫切需要進行更加精細(xì)的控制。當(dāng)代微機技術(shù)發(fā)展及其他相關(guān)硬件設(shè)備的成熟，能夠?qū)崿F(xiàn)滲碳產(chǎn)品的自動化生產(chǎn)，各種參數(shù)也可以實現(xiàn)精確的測量和控制。滲碳賦予鋼件表面具有高碳鋼淬火后的高硬度、高耐磨性，心部則具有低碳馬氏體的強韌性，利于提高零部件的承載能力和使用壽命，滲碳是典型的化學(xué)熱處理工藝，廣泛應(yīng)用于各種大規(guī)模生產(chǎn)的機械制造部門。人們在長期生產(chǎn)和科學(xué)試驗中認(rèn)識到，滲碳件的各項性能與滲碳層的濃度分布及組織結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系，不同零部件的服役條件不同，則對滲碳層的濃度分布及組織要求不同，可根據(jù)零部件要求制定合理的滲碳工藝。本文在試驗中選用常用的滲碳材料18Cr2Ni4WA,分析了滲碳參數(shù)最高爐氣碳勢、最高表面碳濃度及表面碳濃度三者之間的變化組合，以及對滲碳鋼18Cr2Ni4WA滲碳后滲層組織、硬度梯度變化趨勢的影響。一、 試驗材料及試驗條件試驗材料為18Cr2Ni4WA鋼。其化學(xué)成分為：wC=0.13%?0.19%,wSi=0.17%?0.37%,wMn=0.30%?0.60%,wW=0.80%?1.20%,wCr=1.35%?1.65%,wNi=4.00%?4.50%。在JT—60井式爐中進行滲碳。滲碳溫度為910°C,滲劑采用煤油和甲醇。采用自適應(yīng)方式，微機完全自動控制整個過程。溫度控制精度為±1C,碳勢控制精度為±0.05%。試驗中設(shè)計了滲層深度為0.8mm、最高爐氣碳勢0.95%、最高表面碳濃度0.90%、表面碳濃度0.85%;滲層深度為0.8mm、最高爐氣碳勢1.05%、最高表面碳濃度1.0%,表面碳濃度0.85%;滲層深度為1.5mm、最高爐氣碳勢1.05%、最高表面碳濃度1.0%,表面碳濃度0.90%;滲層深度為1.5mm、最高爐氣碳勢1.10%、最高表面碳濃度1.05%、表面碳濃度0.90%;滲層深度為1.5mm、最高爐氣碳勢1.05%、最高表面碳濃度1.0%、表面碳濃度0.85%。采用化學(xué)分析法對剝層化學(xué)成分進行分析，主要是碳分的測定。剝層試樣尺寸為28mmX100mm,剝層深度每次為0.1mm。利用AkashiHM一122半自動顯微硬度計對試樣滲層進行硬度梯度測定，試樣在810C淬火，然后在160C進行回火。二、 試驗結(jié)果及分析滲層碳濃度分布圖1、圖2分別為滲層深度為0.8mm、最高爐氣碳勢1.05%、最高表面碳濃度1.0%、表面碳濃度0.80%與滲層深度為1.5mm、最高爐氣碳勢1.05%、最高表面碳濃度1.0%、

表面碳濃度0.85%碳濃度設(shè)計曲線與實測碳濃度分布曲線。由圖1和圖2可知，實際的碳濃度分布與設(shè)計的碳濃分布總的趨勢大致相同。表面碳濃度0.85%碳濃度設(shè)計曲線與實測碳濃度分布曲線。由圖1和圖2可知，實際的碳濃度分布與設(shè)計的碳濃分布總的趨勢大致相同。i.o-(i.4-二鏗錨鋼0.() 0.2 0.4 06 0.8 1.(1曲摻層舞度為CL3nrn、懇為爐氣碳勢105%^晟高表IU碳液度丄D%、表蟲報度0.SQ%的碳恠度分布曲纜nvi1950.coM二翻轍髓滲圧誅度/mmS2滲層垛度為広謁爐氣碳嵯1.E電晟高麺饗熬度“獨表犯蘇度0.35氏的諜濃度分布曲線滲碳層硬度梯度與滲碳層組織表1、表2分別為滲層深度0.8mm與1.5mm，滲碳工藝參數(shù)變化時，表面碳濃度硬度梯度與滲碳時間的關(guān)系。由表1、表2可知，工藝參數(shù)的變化對硬度梯度的分布有顯著的影響，并且影響滲碳時間。表中Cg、Csmax、Cs分別表示最高爐氣碳勢、最高表面碳濃度、表面碳濃度。袁1潘IF■工蛙力0.8nm;：款理工藝參散與賽直碑叢度琥度擁炭灌覺時問的關(guān)系工芝繫西/rrir?蟻世小餃趴筍?總蒯段■:即mniCsCDEtX0.1020.3O.ias0.6a70S0.歸0l95aw77S"51刪5970.￡51as1,D17757S7706337§92$75愛2悽京辣廈為1.5nm港碳工藝曇敕與致面磋叢慎碓覽揀謹(jǐn)櫻礒時工占瑟％tni.EL閔畫士1甘目山&總CGEtK5.1120.A&41dJ.-60.70宣0?1:L.1121^141.50.901.Ui.a1034<2:討740721S71因6516：1ffli564\■.-翻￡C.901.101.曲K42746T3171269^5526$16-fe6CC顱674D.551-為1-DIQ94<27J07(173&2弾G闘SS7?&&5芒562鞋5

圖3、圖4分別為滲層深度為0.8mm、最高爐氣碳勢1.05%、最高表面碳濃度1.0%、表面碳濃度0.80%與滲層深度為1.5mm、最高爐氣碳勢1.05%、最高表面碳濃度1.0%、表面碳濃度0.85%的滲層組織形貌。1^44D0X

WO200圖560)4W1I〔時 甜03闖 401}5dlJ(dHl犁-K100.2 WO200圖560)4W1I〔時 甜03闖 401}5dlJ(dHl犁-K100.2 〔“t).b(f.Kt.ft圖&淬天馬氏體的硬度耳屈服強度的踐性關(guān)系羽材含碳雖與硬度的對應(yīng)關(guān)系12001如昉暁度區(qū)E(M1-3.結(jié)果分析隨著工件表面含碳量的增加，硬度也逐步上升，但當(dāng)wC>0.8%時，硬度不再上升，反而略有下降，這是由于殘余奧氏體量增加所致。圖5表示碳濃度與硬度的關(guān)系，淬火馬氏體的硬度與屈服強度有著良好的線性關(guān)系（見圖6）。鑒于測試條件的限制，我們以硬度數(shù)據(jù)來說明力學(xué)性能。在嚴(yán)格控制滲碳后淬火方法、淬火溫度、保溫時間，減少殘余奧氏體量，硬度梯度的變化趨勢和碳濃度的實際分布趨勢近似。由表1、表2可以看出合理的設(shè)計最高爐氣碳勢、最高表面碳濃度、表面碳濃度三者之間的關(guān)系可以獲得相對比較緩慢的硬度梯度，得到盡量合理的深層組織應(yīng)力的分布。滲碳爐內(nèi)氣相碳勢的設(shè)置應(yīng)比所要求的表面碳濃度高0.15%?0.20%為宜，而最高表面碳濃度介乎于二者之間，滲碳參數(shù)這樣的