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渗碳

钢的渗碳

  就是将低碳钢在具有丰富碳的介质中加热到高温(一般为900--950C),使活性碳原子渗入钢的表面,以获得高碳的渗层组织。随后经淬火和低温回火,使表面具有高的硬度、耐磨性及疲劳抗力,而心部仍保持足够的强度和韧性。

渗碳钢的化学成分特点:

  (1) 渗碳钢的含碳量一般都在0.15--0.25%范围内,对于重载的渗碳体,可以提高到0.25--0.30%,以使心部在淬火及低温回火后仍具有足够的塑性和韧性。但含碳量不能太低,否则就不能保证一定的强度。
  (2) 合金元素在渗碳钢中的作用是提高淬透性,细化晶粒,强化固溶体,影响渗层中的含碳量、渗层厚度及组织。在渗碳钢中通常加入的合金元素有锰、铬、镍、钼、钨、钒、硼等。

常用渗碳钢可以分碳素渗碳钢和合金渗碳钢两大类。

  (1) 碳素渗碳钢中,用得最多的是15和20钢,它们经渗碳和热处理后表面硬度可达56--62HRC。但由于淬透性较低,只适用于心部强度要求不高、受力小、承受磨损的小型零件,如轴套、链条等。
  (2) 低合金渗碳钢如20Cr、20Cr2MnVB、20Mn2TiB等,其渗透性和心部强度均较碳素渗碳钢高,可用于制造一般机械中的较为重要的渗碳件,如汽车、拖拉机中的齿轮、活塞销等。
  (3) 中合金渗碳钢如20Cr2Ni4、18Cr2N4W、15Si3MoWV等,由于具有很高的淬透性和较高的强度及韧性,主要用以制造截面较大、承载较重、受力复杂的零件,如航空发动机的齿轮、轴等。
固体渗碳 ;液体渗碳 ;气体渗碳---渗碳温度为900--950C,表面层w(碳)为0.8--1.2%,层深为0.5--2.0mm。

  渗碳后的热处理---渗碳工件实际上应看作是由一种表面与中心含量相差悬殊码复合材料。渗碳只能改变工件表面的含碳量,而其表面以及心部的最终强化则必须经过适当的热处理才能实现。渗碳后的工件均需进行淬火和低温回火。淬火的目的是使在表面形成高碳马氏体或高碳马氏体和细粒状碳化物组织。低温回火温度为 150--200C 。
渗碳零件注意事项:
  (1)渗碳前的预处理正火--目的是改善材料原始组织、减少带状、消除魏氏组织,使表面粗糙度变细,消除材料流线不合理状态。正火工艺;用860--980C空冷。
  (2)渗碳后需进行机械加工的工件,硬度不应高于30HRC。
  (3)对于有薄壁沟槽的渗碳淬火零件,薄壁沟槽处不能先于渗碳之前加工。
  (4)不得用镀锌的方法防渗碳。
防止渗碳方法:
  (1)加大余量法---在不需要渗碳的部位预先留出一定的加工余量,其留量比渗碳层深度大一倍以上。渗碳后先车去渗碳层再转淬火。
  (2)镀铜法---在不需渗碳的部位电镀一层0.02--0.04mm的铜,铜层要致密,不得暴露原金属。
  (3)涂料法---在不需渗碳的部位涂上防渗涂料。
  (4)工装法----自制专用工装,把不需渗碳的部位封闭密封。

渗碳技术的进步

  渗碳是汽车拖拉机工业应用最广的工艺方法之一。50年代实现了从固体渗碳到井工炉中滴入液体渗剂的气体渗碳的过渡,改善了产品质量,提高了工效。

  60 年代初研制成功LiCl露点仪以后,首先在井式渗碳炉上实现了滴入甲醇和丙酮的可控渗碳。在掌握了吸热式气氛制备方法和研制成功密封渗碳炉以后,用露点仪实现了密封渗碳炉的碳势控制。60年代末期研制成功红外线二氧化碳分析仪。为了提高碳势控制精度,在70年代推广了红外仪,主要用于井式炉的滴注式渗碳。目前用滴甲醇和煤油方式的可控渗碳已达到相当普及的程度。尤其是在70年代末、80年代初大量引进滴注式密封渗碳炉和多种微处理机可编程序控制器碳势控制仪问世以后,在密封多用炉上也广泛应用起来了。

  由于往炉中滴入甲醇和煤油,炉气中的一氧化碳成分不稳定,甲烷含量也达到1%~2%程度,只用二氧化碳红外仪的单因素控制是很达到±0.05%的控制精度。为此,便研究开发出了二氧化碳、一氧化碳和甲烷的多因素碳势控制的仪器和方法。

  因为制备吸热式气的原料??天然气和液化石油气供应紧张,而大量使用甲醇,生产成本高,迫使工业生产寻找别的出路。碳分子筛变压吸附制氮(PSA法)技术的出现为解决这个难题创造了条件。80年代初期,研制成功国产碳分子筛制的同。随后用氮基气氛、甲醇和乙酸乙酯(或煤油)的合成氛渗碳法便应运而生。

  与此同时,引进了气氛微量氧(氧势)测量、控制技术和仪器。目前应用氮基合成气氛和氧探头的炉气控制技术的渗碳、用微处理机控制碳势和渗层深度的方法已在生产中得到广泛应用。个别工厂还引进了Supercarb直生式渗碳法的设备和工艺。目前在汽车、摩托车、工程机械、轴承、齿轮、紧固件行业的可控渗碳、碳氮共渗、氮碳共渗技术已达相当普及程度。

  上世纪80年代以来,本土设备制造企业已能成系列生产密封多用炉、推杆连续炉渗碳、淬火、清洗、回火生产线和网带炉生产线。应运而生的尚有与之相配套的碳势和工艺过程自动控制系统的商品生产供应1990年代以来,国际知名设备制造企业相继在国内建立合资,独资生产厂,为热处理企业提供了可靠性高,价格可以接受的先进设备。为此,也刺激,提高了本土设备制造厂的制造水平,为近十年大量涌现的民营,股份制专营热处理加工企业和国营大厂的热处理技术改造和设备更新创造了好的条件。

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