固体渗碳技术

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固体渗碳技术

来源:原创   发布时间:2012-06-08   浏览次数:

一、渗碳目的
渗碳就是向钢的表面层渗体碳原子的过程。即把工件放入渗碳气氛中在900—950℃加热保温,使钢件表面层增碳的过程。
机械零件中,如凸轮、偏心轮、齿轮、活塞销等类零件工作时表面经受强烈地摩擦,并承受着冲击载荷,因此,要求表面硬、耐磨、心部应俱有良好的塑性和韧性。
如何满足零件表面硬、耐磨心部又有良好的塑性韧性呢?这个问题,必须从材料使用和热处理工艺方面分析研究,如果选用高碳钢材进行淬火、低温回火处理,虽具有高的硬度和良好的耐磨性,但塑性韧性较低,满足不了要求。选用低碳钢材料淬火后,虽具有高的硬度和良好的耐磨性,但塑性韧性较低,满足不了要求。选用低碳钢材料淬火后,虽具有良好的塑性韧性,但得不到高硬度和耐磨性的表面层,同样满足不了要求。而选用低碳钢进行渗碳、淬火,则可以得到满意的结果,这就是渗碳的目的。
二、渗碳用钢
由于渗碳零件要求渗碳淬火后心部保持一定的韧性,宜用含碳量较低的钢制造,一般含碳量在0.08~0.25%范围。对于要求较高或较大截面的零件,含碳量达0.30%。由于低碳钢强度较低,而且淬透性差,长时间渗碳晶粒易于长大,所以,重要零件(如汽车、拖拉机齿轮等)都用低碳合金渗碳钢。合金渗碳钢中常加入Cr、Ni、Mo、W、V、Mn、B和Ti等元素。
各种不同合金元素对渗碳钢有不同的影响,大数如下:
Cr、Mn、Ti等合金元素,它加入合金主要作用是增加渗碳钢的淬透性,并使在淬火和低温回火后表层和心部组织得到强化。
Mo、W、Ti、V、B等合金元素,它加入合金渗碳钢中的含量虽然不多,特别是B的含量是极微的,仅为0.001—0.004%。Mo、W、Ti、V、Ti所起的主要作用是形成稳定的合金碳化物,阻碍奥氏体晶长大,并使合金渗碳钢在淬火和回火后表层和心部组织得到强化。特别是增加表面耐磨性。微量的B能强烈地增加合金渗碳钢的淬透性。
三、渗碳的一般原理和质量要求
钢之所以能够渗碳,是因为钢在高温奥氏体状态,对碳具有相对大的溶解度(2.06%),钢的渗碳就的借助这个原理。但是,并不是所有状态的碳都可以被钢表面所吸收,而只有活性碳原子才能被钢表面吸收,被吸收的碳原子,在高温状态下在内部往外扩散,从而形成一定厚度的渗碳层。因此,渗碳过程中包括了分解、吸收、扩散三个基本过程。
(一)            分解:
含碳化合物的分解,形成活形碳原子(用[C]表示):
2CO  —→  CO2   +  [C]
(一氧化碳) (二氧化碳)
CH4   —→  2H2   +  [C]
(甲烷)      (氢)
(二)            吸收:
高温下活性碳原子与金属表面接触,被金属表面吸收后,溶解于金属基体或与金属基体形成某种金属化合物。
(三)            扩散:
零件表面吸收(固溶)了碳原子后,表面含碳量增加,使零件表面与心部产生一定的碳浓度而促使表面碳原子逐步向心部扩散。
渗碳的结果取决于上述三个基本过程的关系。通过调整上述三个过程的关系,应满足如下主要的渗碳层质量的要求:
⒈ 到达规定的渗碳层厚度(渗碳层厚度之计算,一般是从零件表层开始测量到过渡的二分之一处)。如渗碳层太薄时,在高负荷作用下,会使渗碳层压穿,如渗碳太厚,也将影响渗碳零件的抗冲击能力。
⒉ 渗碳表层含碳浓度应控制在0.8—1.05%范围内。如含碳浓度过低(小于0.8%),则达不到所要求的高硬度,高耐磨性。如果含碳浓度过高(大于1.05%),则过剩碳化物较多,也使渗碳层强度,尤其是疲劳强度下降,特别当碳化物以针状或网状形式存在时由于马氏体被这些脆性组织所割裂,对渗碳层强度起着特别有害的影响。
⒊ 含碳量沿深度的变化(也称浓度梯度)要和缓,表层和心部之间的过渡区无明显分界,以避免在使用过程中产生渗层剥落现象。
⒋ 过共析、共析层应占整个渗碳层厚度的60—70%,最低限度应不小于50%,这样,使淬火后得到大致均匀的硬度,也不妨碍对渗碳层的最后研磨。
常用渗碳方法有:固体渗碳法和气体渗碳法两种。

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