如何解决渗碳或碳氮共渗零件有效硬化深度的测试

如何解决渗碳或碳氮共渗零件有效硬化深度的测试

目前，在我国航空、航天、汽车、兵器等众多单位的零件加工和热处理工艺都涉及渗碳或碳氮共渗的问题，针对客户的需求，我司开发出半自动显微硬度测试系统，快速解决有效硬化层深度测量。

针对半自动显微硬度计测试系统FEM-7000的特点，介绍一下此系统在工厂中常用的功能，齿轮热处理方法使用碳氮共渗工艺的最多,，作到俗说的“表硬心软”，需要对渗碳的有效深度作检测。现在的标准采用硬度梯度法，大多数都采用1Kgf 载荷，看HV550时的深度值。具体做法如图示：以齿顶为基准，从表面向心部连续打多个点，分别测出各点之硬度，绘制硬度曲线

齿轮剖面示意图

硬度曲线示意图

以往通过此方法作测试时，大家普遍困难的是此工作较繁杂。一是要打多个点测硬度，二是要不断移动和记录载物台移动量，三是手工绘制曲线图。这几个环节易出的问题分别是：一测量时人为误差，二移动物台的精度，三绘图的准确性。往往做一个样品用很长时间，一天若需大量做此工作，人会很疲劳影响测试精度。而现在利用半自动测试系统(FEM-7000) 可以大大提高效率与精度。首先硬度计主机具有自动打压痕功能，第二由于采用自动载物台，可以在测试前将要测点的坐标值一次输入，仪器会自动找到设置点，位移回复精度在2 m以内，第三仪器测试后，由打印机打印一份标准报告，包括数据与曲线图，也可以利用Windows 中的Word软件自己编辑，在报告中任意插入文字、数字及图片，另外打印机还可以打印金相组织的图谱。

重点介绍半自动显微硬度测试系统的功能：FEM-7000半自动显微硬度测试系统是一台以日本F-T公司(FUTURE-TECH CORP.)生产的FM-700型显微硬度计为主机，由电脑控制的自动载物台及高分辨率的CCD图象采集游标测量装置组成的显微硬度测量系统。

该系统由三部分组成：

1. FM－700显微硬度计

2. 自动载物台及PC电脑控制器

3. 高分辨CCD图象采集装置及电脑游标测量装置和数据处理激光打印系统。

其特点分别为：

1.FM－700显微硬度计特点

FM-700显微硬度计是2000年由日本Ｆ－Ｔ公司推出的最新型显微硬度计。它是当前世界上最完善的显微硬度计，它是在原日本松泽公司MXT-α7的基础上作了重要改进的显微镜型显微硬度计。具有以下特点：

1) AUTO TURRET 物镜压头物镜自动转换。在目镜的视域里选好所要测

试的点后，按START，压头会自动旋至已选好点的位置, 自动打压痕后, 物镜再自

动旋回到原位，这时在目镜中便可观察到清晰的压痕, 再进行测量。

2) 触摸式照明LCD菜单式显示屏取代原有繁多的操作按键，操作十分方便并有ＨＶ对其

它12种标尺的自动对照转换值, 如 (ＨＫ.ＨＲＡ.ＨＲＢ.ＨＲＣ.ＨＢ.ＨＳ)

3)有内装微处理器存贮多达999个测量数据，并具有对测量数据的数理统计（最大

值、最小值、均方差、平均值、偏差）等。

4) 配接打印机可将测量结果全部打印输出。

5) 配接电脑控制的自动载物台及高分辨CCD图像采集游标测量装置可组成半自动测量

系统（参阅FEM－7000）。

6) ＦＭ－７00显微硬度计可在原有2个物镜（10倍、40倍）外，另任选配装一个物镜

（5 倍、20倍、50倍、100倍）。这样ＦＭ－７00同时也成为一台高品质的明场显微

镜。

7) 可更换视场光栏，可更换孔径光栏，可更换滤色片，可同时装3个物镜和两个压头

的旋转塔台

2.自动载物台及PC电脑控制器特点:

由PC电脑控制的自动载物台有四种移动测量程序.

1) 点测量程序 ( POINT PROGRAM )

由键盘输入一个物台移动量, 物台便按输入的X,Y 移动量自动移动.

2) 连续定序测量程序 ( SEQUENCE PROGRAM )

由键盘输入在一条直线上所需测量的点数及直线终点坐标,物台便按输入的数据

自动移动.

3) 轨迹测量程序 ( TRACE PROGRAM )

由键盘输入所需的测量各点的坐标, 物台便按输入之坐标依次自动移动.

4) 硬化层深度测量程序 ( CASE DEPTH )

由键盘在层深方向输入若干测量点坐标, 物台便按输入之坐标依次自动移动并

进行测量, 待测量完毕, 屏幕立即显示测量数据及层深对硬度值的曲线, 并显

示出所给定的层深硬度值所对应的层深值(例如 HV 550 ).

上述数据及曲线均可由激光打印机瞬间打印输出.

https://www.wendangku.net/doc/d914252716.html,D 图象采集及电脑游标测量系统

1) 本系统采用游标测量方法, 改变了以前CCD摄像装置装在目镜上用目镜测量线

来测量的方法.本系统的CCD摄像装置装载显微硬度计的顶部,在TV屏幕上用特

设的游标来测量压痕的对角线,这样既保证了在TV屏幕上压痕的测量, 也保证

了在目镜中样品的全视域和真色彩的直接观察.

2) 对TV 屏幕上的压痕测量是游标打点进行的. 此方法快捷准确, 重复性极高,

更适合研究讨论, 有效的消除了因测量习惯不同而引起的人为测量误差.

3) 本系统采用图象逼真放大装置, 在使用40倍物镜时在TV 屏幕上可得到放大

1600倍高分辨率的样品图象, 图象还可以按操作者的意图进行色调和彩色的选

调,使操作者得到一幅最为清晰和满意的彩色或黑白图象.这对真实的观察样品

的显微组织提供了一个极为方便和完善的方法.

4) 系统除了对数据及曲线用激光打印机打印出高质量的报告外, 本系统还可打印

出所观察到的样品形貌图, 可直接反映出压痕及其背景显微组织.

FEM-7000型半自动显微硬度计是当今最先进, 最有效, 测量最准确的显微硬度计测量系统之一.

以上的介绍可能还不足以讲得很清楚，若您工作中有何具体要求或如需索取样本资料，敬请联络。

碳氮共渗

钢的碳氮共渗(第一讲) 碳氮共渗是碳氮原子同时渗入工件表面的一种化学热处理工艺。最早，碳氮共渗是在含氰根的盐浴中进行的，故此又称氰化。渗碳与渗氮相结合的的工艺，具有如下特点： 1．氮的渗入降低了钢的临界点。氮是扩大γ相区的合金元素， 降低了渗层的相变温度A1与A3，碳氮共渗可以在比较低的温度进行，温度不易过热，便于直接淬火，淬火变形小，热处理设备的寿命长。 2．氮的渗入增加了共渗层过冷奥氏体的稳定性，降低了临界淬 火速度。采用比渗碳淬火缓和的冷却方式就足以形成马氏体，减少了变形开裂的倾向，淬透性差的钢制成的零件也能得到足够的淬火硬度。 3．碳氮同时渗入，加大了它的扩散系数。840~860℃共渗时，碳在奥氏体中的扩散速度几乎等于或大于930℃渗碳时的扩散速度。 共渗层比渗碳具有较高的耐磨性、耐腐蚀性和疲劳强度；比渗氮零件具有较高的抗压强度和较低的表面脆性。 按使用介质不同，碳氮共渗分为固体、液体、气体三种。固体碳氮共渗与固体渗碳相似，经常采用30~40％黄血盐，10％碳酸铵和 50~60％木炭为渗剂。这种方法的生产效率低，劳动条件差，目前很 少使用。液体碳氮共渗以氰盐为原料，历史悠久，质量容易控制，但氰盐有剧毒，且价格昂贵，使用受到限制。气体碳氮共渗的发展最快。 按共渗温度，碳氮共渗一般分为低温(500~560℃)、中温(780~850℃)和高温~880~950℃)三种。前者以渗氮为主，现在已定义为氮碳共渗，后两者以渗碳为主。习惯上所说的碳氮共渗，主要指中温气体氮碳共渗。 碳氮共渗零件的机械性能同渗层表面的碳氮浓度、渗层深度与浓度梯度有关。 共渗层的碳氮浓度必须严格控制，含量过低，不能获得高的强度、硬度与理想的残余应力，影响耐磨性与疲劳强度。反之，则不仅表层出现大量不均匀的块状碳氮化合物，脆性增加；而且会使淬火后残余奥氏体量剧增，影响表面硬度和疲劳强度。 一般推荐最佳的碳、氮浓度分别为0.70~0.95％C和0.25~0.40％N。对于少数在高接触应力下工作的合金钢零件，当要求表面具有较多均匀分布的碳氮化合物颗粒时，表面含碳量可达1.20~1.50％，甚至2~3％，含氮量仍在0.50％以下。 共渗层的深度应该与工件服役条件和钢材成分相适应。心部的含碳量较高或工件的承载能力较低时，如纺织机钢令圈、40Cr钢制汽车

碳氮共渗层的组织与性能(4)

碳氮共渗层的组织与性能（4） 1．共渗层的组织和性能共渗层的组织决定于碳氮浓度及其分布情况。退火状态的组织与渗碳相似。直接淬火后表面金相组织为含碳氮的马氏体和残余奥氏体，有时还有少量的碳氮化合物。心部组织决定于钢的成分与淬透性，具有低碳或中碳马氏体及贝氏体等组织。 碳氮共渗中化合物的相结构与共渗温度有关，800℃以上，基本上是含氮的渗碳体Fe3（C、N）；800℃以下由含氮渗碳体Fe3（C、N）、含碳ε相Fe2~3（C、N）及γ/相组成。化合物的数量与分布决定于碳氮浓度及钢材成分。 共渗淬火钢的硬度取决于共渗层组织。马氏体与碳氮化合物的硬度高，残余奥氏体的硬度低。氮增加了固溶强化的效果，共渗层的最高硬度值比渗碳高。但是，共渗层的表面硬度却稍低于次层。这是由于碳氮元素的综合作用而使Ms点显著下降，残余奥氏体增多。 碳氮共渗还可以显著提高零件的弯曲疲劳强度，提高幅度高于渗碳。这是由于当残余奥氏体量相同时，含氮马氏体的比容大于不含氮的马氏体，共渗层的压应力大于渗碳层。还有人认为，由于细小的马氏体与奥氏体均匀混合，使得硬化层的微观变形均匀化，可以有效防止疲劳裂纹的形成与扩展。 2．共渗层的组织缺陷 （1）一般缺陷共渗淬火后的汽车齿轮等零件也要检查硬度、渗层深度和显微组织（碳氮化合物等级、马氏体与残余奥氏体等级、心部组织），并按相关标准评级。碳氮共渗的组织缺陷与渗碳类似，例如残余奥氏体量过多、形成大量碳氮化合物，以致出现壳状组织等。 过量的残余奥氏体会影响表面硬度、耐磨性与疲劳强度。为此，应严格控制表面碳氮浓度，也可在淬火后继之以冷处理，在淬火之前先经高温回火。 如果共渗层中碳氮化合物过量并集中与表层壳状，则脆性过大，几乎不能承受冲击，再喷丸及碰撞时就可能剥落。产生这种缺陷的主要原因在于共渗温度偏低，氨的供应量过大，过早地形成化合物，碳氮元素难以向内层扩散。这是必须防止的缺陷。不错，碳氮共渗控制碳势的高低，也要控制氨气的通入量，有机的结合才能达到合格的组织 碳氮共渗最难解决的组织缺陷还是“三黑”问题；即“黑网、黑洞、黑带”。这也是中温碳氮共渗工艺与渗碳相比最大缺点之一。 （2）“三黑缺陷”使中温碳氮共渗工艺应用受到了很大的限制。 3 本质： 3.1 黑色组织：类似于渗碳淬火的晶界内氧化和非马问题，形成机理也基本一样。但较渗碳工艺更容出现黑网，深度也较深。 3.2 黑洞：是光学显微镜下观察到的“黑洞”，本质上是空洞，空洞内可能光滑干净也可能有少量氧化

碳氮共渗缺陷

碳氮共渗质量缺陷 1 渗层不均： 产生原因：炉温不均，工件表面局部有炭黑或结焦。排气不充分，工件表面不清洁，气体炉内循环不畅。 危害：表面硬度低，性能不均匀，工件淬回火易变形和开裂。 防止办法：补渗 2 渗层过浅： 产生原因：炉温偏低，共渗时间不足。渗剂供给量不足，炉气碳势低及排气不畅。 危害：硬度、强度、抗疲劳性下降。 防止办法：补渗 3网状或堆积状碳化物： 产生原因：炉气碳势过高，或预冷温度过低。 危害：表面应力大，脆性大，易开裂。 防止办法：减少渗剂供给量，延长扩散时间和提高预冷温度。 4渗层残余奥氏体过多： 产生原因：炉气碳势过高，预冷温度高。 危害：降低表面硬度易变形和开裂。 防止办法：减少渗剂供给量，延长扩散时间和降低预冷温度。重新加热淬火或深冷处理。 5 心部铁素体过多： 产生原因：预冷温度过低，或一次淬火加热温度远低于心部的临界点。

危害：心部硬度不够，强度降低，使心部不能支持受力大的表面。防止办法：提高预冷和淬火温度。 6 黑色组织：钢中的合金元素发生内氧化，而导致淬透性下降，且氧化物质点又可作为相变的核心，使过冷奥氏体不稳定而发生分解生成黑色组织屈氏体、贝氏体等。 危害：降低表面的硬度、耐磨性和疲劳强度。 防止办法：减少炉内氧化性气氛（O2、CO2、H2O） 改善炉子的密封性，排气充分，提高淬火冷却速度，采用对内氧化敏感度小的钢（如含M o、W、Ni的钢） 喷丸处理。 7 黑色孔洞：（只在碳氮共渗和氮碳共渗中出现） 产生原因：氮介质的供给量较高，共渗温度过低。 危害：降低表面硬度和耐磨性 防止办法：控制共渗层的氮含量，使其小于0.5%. 8 畸变： 产生原因：热应力。变形随表面碳氮浓度的增加和渗层深度的增加而变严重。 危害：增加校正工序，畸变严重时，工件报废。 防止办法：装料方法要合理。所用的渗碳吊具、料盘的形状、结构等应避免工件因加热和冷却不均而引起畸变；重新加热淬火的渗碳件应降低淬火加热温度；采用热油淬火；金属锻造流线要与渗碳工件外轮廓相似，严格控制正火后的带状组织和魏氏组织；采用压床淬火（大

氮碳共渗与碳氮共渗的区别

氮碳共渗：又称软氮化或低温碳氮共渗,即在铁-氮共析转变温度以下，使工件表面在主要渗入氮的同时也渗入碳。碳渗入后形成的微细碳化物能促进氮的扩散，加快高氮化合物的形成。这些高氮化合物反过来又能提高碳的溶解度。碳氮原子相互促进便加快了渗入速度。此外，碳在氮化物中还能降低脆性。氮碳共渗后得到的化合物层韧性好，硬度高，耐磨，耐蚀，抗咬合。常用的氮碳共渗方法有液体法和气体法。处理温度530～570℃，保温时间1～3小时。早期的液体盐浴用氰盐，以后又出现多种盐浴配方。常用的有两种：中性盐通氨气和以尿素加碳酸盐为主的盐，但这些反应产物仍有毒。气体介质主要有：吸热式或放热式气体（见可控气氛）加氨气；尿素热分解气；滴注含碳、氮的有机溶剂，如甲酰胺、三乙醇胺等。氮碳共渗不仅能提高工件的疲劳寿命、耐磨性、抗腐蚀和抗咬合能力，而且使用设备简单，投资少，易操作，时间短和工件畸变小，有时还能给工件以美观的外表。 碳氮共渗：以渗碳为主同时渗入氮的化学热处理工艺。它在一定程度上克服了渗氮层硬度虽高但渗层较浅，而渗碳层虽硬化深度大，但表面硬度较低的缺点。应用较广泛的只有气体法和盐浴法。气体碳氮共渗介质是渗碳剂和渗氮剂的混合气，例如滴煤油（或乙醇、丙酮）、通氨；吸热或放热型气体中酌加高碳势富化气并通氨；三乙醇胺或溶入尿素的醇连续滴注。 [C]、[N]原子的产生机制除与渗碳、渗氮相同外，还有共渗剂之间的合成和分解： CO+NH3?HCN+H2O CH4+NH3?HCN+3H2 2HCN?2[C]+2[N]+H2 碳氮共渗并淬火、回火后的组织为含氮马氏体、碳氮化合物和残余奥氏体。深0.6～1.0mm 的碳氮共渗层的强度、耐磨性与深1.0～1.5mm的渗碳层相当。为减少变形，中等载荷齿轮等可用低于870℃的碳氮共渗代替930℃进行的渗碳。

很全面,渗碳+渗氮+碳氮共渗表面处理工艺

很全面，渗碳+渗氮+碳氮共渗表面处理工艺 渗碳与渗氮一般是指钢的表面化学热处理 渗碳必须用低碳钢或低碳合金钢。可分为固体、液体、气体渗碳三种。应用较广泛的气体渗碳，加热温度900-950摄氏度。渗碳深度主要取决于保温时间，一般按每小时0.2-0.25毫米估算。表面含碳量可达0.85%-1.05%。渗碳后必须热处理，常用淬火后低温回火。得到表面高硬度心部高韧性的耐磨抗冲击零件。 渗氮应用最广泛的气体渗氮，加热温度500-600摄氏度。氮原子与钢的表面中的铝、铬、钼形成氮化物，一般深度为0.1-0.6毫米，氮化层不用淬火即可得到很高的硬度，这种性能可维持到600-650摄氏度。工件变形小，可防止水、蒸气、碱性溶液的腐蚀。但生产周期长，成本高，氮化层薄而脆，不宜承受集中的重载荷。主要用来处理重要和复杂的精密零件。 涂层、镀膜、是物理的方法。“渗”是化学变化，本质不同。 钢的渗碳——就是将低碳钢在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

钢的渗碳和碳氮共渗、淬火、回火工艺剖析

钢的渗碳和碳氮共渗、淬火、回火工艺 1、主题内容和适用范围 本工艺规定了渗碳钢的气体渗碳氮共渗淬火回火处理的工序 准备、工艺规范、操作规程、质量检验和安全环保等方面要求。 2、引用标准 JB3999—85 钢的渗碳和碳氮共渗淬火回火处理 GB85839—87 齿轮材料及热处理质量检验一般规定 ZBJ17022—88 齿轮碳氮共渗工艺及质量控制 ZBT04001—88 汽车渗碳齿轮金相检验 JB/ZQ4038—88 重载齿轮渗碳质量检验 GB9450—88 钢件渗碳淬火有效硬化层深度的测定和校核 GB15735—1995 金属热处理生产过程安全卫生要求 3、工艺准备 3.1 工件准备 3.1.1 对照图纸了解被处理工件的材料牌号（或化学成份），予处理情况和质量要求，磨削留量，必要时检查齿轮（轴齿轮）的加工精度。 3.1.2工件表面不得有氧化皮、碰伤和裂纹，用清洗剂洗净油污后烘干。 3.1.3 工件表面不需要渗碳或碳氮共渗的部位，又无留余量，没安排剥碳层的加工工序，就要用防渗涂料保护，防渗涂料的厚度应大于0.3mm，涂层应致密，防渗涂料应符合ZB451—014的规定。 3.2 工装准备

3.3 开炉准备选用的工装应具有足够的热处理强度和刚度。 3.3.1检查热处理设备的机械和电气部分是否正常，炉子是否漏气。检查炉子需润滑油的部位，使其不断润滑。 3.3.2检查测温仪表，热电隅是否正常，要定期进行校验。 3.3.3定期清理气体渗碳炉炉罐中的碳黑和灰烬。 3.4工件的表卡和试样 3.4.1 根据工件的形状和要求，选用适当的吊具和夹具。 3.4.2 工件间要有5～10mm的间隙。 3.4.3 应随炉放置与装炉工件材质和予处理相同和符合GB8539—87“齿轮材料及热处理质量检验的一般规定”规定的样式，并放置在有代表性的位置，以备炉前操作抽样检查。 4、渗碳和碳氮共渗淬火回火处理的工艺规范和操作规程 4.1渗碳、碳氮共渗处理 4.1.1 装炉 4.1.1.1工件装炉前应把炉温升到渗碳或共渗温度，连续生产时可干上一炉出炉后立即装炉。 4.1.1.2 工件应装在炉子的有效加热区内，加热区的炉温不得超过±15℃。 4.1.1.3 每炉装载量不大于设备的装载量。 4.1.2 气体渗碳工艺规范和操作规程 4.1.2.1 气体渗碳工艺规范参照图1，低碳合金渗碳钢的渗碳温度取上限。

渗氮及碳氮共渗常见问题与解决的方法

渗氮及碳氮共渗常见问题与解决的方法 氮化工件表面硬度或深度不够 （1）可能是所选材料不适合作氮化处理。 （2）可能是氮化处理前的组织状态较差。 （3）可能是氮化温度选择不当。 （4）炉中之温度或流气不均匀。 （5）氨量不恰当。 （6）渗氮的时间不够。 （7）氮化前工件表面有脏物。 氮化工件弯曲变形 （1）氮化前的弛力退火处理没有做好。 （2）工件几何曲线设计不良，例如不对称、厚薄变化太大等因素。 （3）氮化中被处理的工件放置方法不对。 （4）被处理工件表面性质不均匀，例如清洗不均或表面温度不均等因素。氮化工件发生龟裂现象 （1）氨的分解率不正常。 （2）渗氮处理前工件表面存在脱碳层。 （3）工件设计有明显的锐角存在。 （4）白亮层太厚时。 氮化工件的白层过厚 （1）渗氮处理的温度不当。 （2）氨的分解率低，可能发生此现象。 氮化处理时氨分解率不稳定 （1）分解率测定器管路漏气。 （2）渗氮处理时装入炉内的工件太少。 （3）炉中压力变化导致氨气流量改变。 （4）触媒作用不当 机械加工件前处理如何防止渗碳？ （1）镀铜法，镀上厚度0.20mm左右。 （2）涂敷涂剂后乾燥。 （3）涂敷防渗碳涂敷剂后乾燥，如硼砂和有机溶剂為主。 （4）氧化铁和黏土混合物涂敷法。 （5）利用套筒或套螺丝。 渗碳（碳氮共渗）后工件硬度不足 （1）冷却速度不足，可利用喷水冷却或盐水冷却。 （2）渗碳不足，可使用强力渗碳剂。 （3）淬火温度不足。 （4）淬火时加热发生脱碳，可使用盐浴炉直接淬火 渗层剥离现象 （1）含碳量的浓度坡度太大，应进行一次退火。 （2）不存在过度层，应缓和渗速。 （3）过渗现象，可考虑研磨前次之渗层 （4）反覆渗碳（碳氮共渗）亦可能產生渗层剥离的现象

渗碳 渗氮、氮碳共渗标准

渗碳渗氮、氮碳共渗标准

通俗地说，不锈钢就是不容易生锈的钢，实际上一部分不锈钢，既有不锈性，又有耐酸性（耐蚀性）。不锈钢的不锈性和耐蚀性是由于其表面上富铬氧化膜（钝化膜）的形成。这种不锈性和耐蚀性是相对的。试验表明，钢在大气、水等弱介质中和硝酸等氧化性介质中，其耐蚀性随钢中铬含水量的增加而提高，当铬含量达到一定的百分比时，钢的耐蚀性发生突变，即从易生锈到不易生锈，从不耐蚀到耐腐蚀。不锈钢的分类方法很多。按室温下的组织结构分类，有马氏体型、奥氏体型、铁素体和双相不锈钢；按主要化学成分分类，基本上可分为铬不锈钢和铬镍不锈钢两大系统；按用途分则有耐硝酸不锈钢、耐硫酸不锈钢、耐海水不锈钢等等，按耐蚀类型分可分为耐点蚀不锈钢、耐应力腐蚀不锈钢、耐晶间腐蚀不锈钢等；按功能特点分类又可分为无磁不锈钢、易切削不锈钢、低温不锈钢、高强度不锈钢等等。由于不锈钢材具有优异的耐蚀性、成型性、相容性以及在很宽温度范围内的强韧性等系列特点，所以在重工业、轻工业、生活用品行业以及建筑装饰等行业中获取得广泛的应用。奥氏体不锈钢在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。钢中含Cr约18%、Ni 8%~10%、C约0.1%时，具有稳定的奥氏体组织。奥氏体铬镍不锈钢包括著名的18Cr-8Ni钢和在此基础上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素发展起来的高Cr-Ni 系列钢。奥氏体不锈钢无磁性而且具有高韧性和塑性，但强度较低，不可能通过相变使之强化，仅能通过冷加工进行强化。如加入S，Ca，Se，Te等元素，则具有良好的易切削性。此类钢除耐氧化性酸介质腐蚀外，如果含有Mo、Cu等元素还能耐硫酸、磷酸以及甲酸、醋酸、尿素等的腐蚀。此类钢中的含碳量若低于0.03%或含Ti、Ni，就可显著提高其耐晶间腐蚀性能。高硅的奥氏体不锈钢浓硝酸肯有良好的耐蚀性。由于奥氏体不锈钢具有全面的和良好的综合性能，在各行各业中获得了广泛的应用。 铁素体不锈钢 在使用状态下以铁素体组织为主的不锈钢。含铬量在11%~30%，具有体心立方晶体结构。这类钢一般不含镍，有时还含有少量的Mo、Ti、Nb等到元素，这类钢具导热系数大，膨胀系数小、抗氧化性好、抗应力腐蚀优良等特点，多用于制造耐大气、水蒸气、水及氧化性酸腐蚀的零部件。这类钢存在塑性差、焊后塑性和耐蚀性明显降低等缺点，因而限制了它的应用。炉外精炼技术（AOD或VOD）的应用可使碳、氮等间隙元素大大降低，因此使这类钢获得广泛应用。 奥氏体--铁素体双相不锈钢 是奥氏体和铁素体组织各约占一半的不锈钢。在含C较低的情况下，Cr含量在18%~28%，Ni含量在3%~10%。有些钢还含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti，N等合金元素。该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点，与铁素体相比，塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高，同时还保持有铁素体不锈钢的475℃脆性以及导热系数高，具有超塑性等特点。与奥氏体不锈钢相比，强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。双相不锈钢具有优良的耐孔蚀性能，也是一种节镍不锈钢。 马氏体不锈钢 通过热处理可以调整其力学性能的不锈钢，通俗地说，是一类可硬化的不锈钢。典型牌号为Cr13型，如2Cr13 ,3Cr13 ,4Cr13等。粹火后硬度较高，不同回火温度具有不同强韧性组合，主要用于蒸汽轮机叶片、餐具、外科手术器械。根据化学成分的差异，马氏体不锈钢可分为马氏体铬钢和马氏体铬镍钢两类。根据组织和强化机理的不同，还可分为马氏体不锈钢、马氏体和半奥氏体（或半马氏体）沉淀硬化不锈钢以及马氏体时效不锈钢等。

碳氮共渗

专题三钢的化学热处理—－碳氮共渗 工艺设计与操作 一、实验目的 1、初步掌握碳氮共渗工艺过程及主要工艺参数的制定 2、初步掌握碳氮共渗的操作方法及化学热处理质量检测与控制方法 二、实验原理 1. 碳氮共渗工艺参数的制定 ⑴碳氮共渗温度的选择 温度的升高、渗入速度显著加快。在常用的碳氮共渗温度范围内，随着温度的升高，氮的表面层浓度越来越低，而且急剧下降，而碳的含量却逐渐提高，特别是碳原子的渗入深度大大提高，但是高温下碳原子扩散加速所以碳的浓度达到一定值后又降低。 碳氮共渗温度较低时表面易形成脆性的高氮低碳化合物ε相，温度升高时可获得含氮渗碳体。另外，由于氮的作用及氮碳的共同作用，碳氮共渗后的残余奥氏体量比渗碳时多且与共渗温度有关，温度的提高残余奥氏体在渗层中的分布加深，而其数量随温度的升高先是降低而后又随温度的升高而增加。 因此，在选择碳氮共渗温度时应该遵循的原则是： ①尽可能提高渗速； ②尽可能使渗层中保存一定的氮量； ③尽可能使渗层中减少化合物层的出现； ④尽可能使渗层在淬火后残余奥氏体量调整到一定值； ⑤尽可能减少零件的变形。 综合各种因素，通常碳氮共渗温度在820～870℃之间。 ⑵碳氮共渗时间的选择 碳氮共渗工艺时间的长短主要决定于所要求的共渗层深度、共渗温度和钢

种，此外共渗剂的成分和流量以及装炉量等也都有一定的影响。共渗层深度与共渗时间的关系可以用下式表示： X=Kτ 式中：X为共渗层深度（mm），τ为共渗时间（h）, K为共渗系数。其中共渗系数与共渗温度、共渗介质和钢种有关，可通过实验测得。表2列出了常用钢种的K值。 通常在较低的温度下碳氮共渗时，表面硬度随时间的延长而迅速增加；但当共渗时间继续延长时表面硬度不再增加。而在较高的温度下碳氮共渗时，表面硬度值所对应的时间是2～3小时，如时间继续延长，表面硬度反而有下降的趋势。 表2 常用钢种的K值 ⑶碳氮共渗炉内气氛的控制 气体碳氮共渗以渗碳为主；共渗剂通常由滴入液体渗碳剂和通入氨气，液体渗碳剂通常取丙酮或煤油和稀释剂甲醇。 通常共渗气氛中，氨气含量为25～35％，对于碳氧共渗炉气的控制一般采用在稳定炉气氮气的基础上控制炉气的碳势。当采用带有稀释气介质共渗时，炉内气体介质的流量每小时应为炉膛容积的6～10倍，即保证每小时换气6～10次（称换气次数）。这样在已知炉膛尺寸、共渗介质的产气量就能计算出共渗介质的需求量，制定出炉内气氛控制的工艺参数。表3是几种常用渗剂的产气量：稀释剂除了可以控制炉内气氛成分的稳定外，还可以配合废气排出孔开启的程度控制炉内的气氛压力。

渗碳渗氮的作用及氮碳共渗和碳氮共渗的区别

渗碳：是对金属表面处理的一种，采用渗碳的多为低碳钢或低合金钢，具体方法是将工件置入具有活性渗碳介质中,加热到900--950摄氏度的单相奥氏体区,保温足够时间后,使渗碳介质中分解出的活性碳原子渗入钢件表层,从而获得表层高碳,心部仍保持原有成分. 相似的还有低温渗氮处理。这是金属材料常见的一种热处理工艺，它可以使渗过碳的工件表面获得很高的硬度，提高其耐磨程度。 渗碳是指使碳原子渗入到钢表面层的过程。也是使低碳钢的工件具有高碳钢的表面层，再经过淬火和低温回火，使工件的表面层具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持着低碳钢的韧性和塑性。 渗碳工件的材料一般为低碳钢或低碳合金钢(含碳量小于0.25%)。渗碳后﹐钢件表面的化学成分可接近高碳钢。工件渗碳后还要经过淬火﹐以得到高的表面硬度﹑高的耐磨性和疲劳强度﹐并保持心部有低碳钢淬火后的强韧性﹐使工件能承受冲击载荷。渗碳工艺广泛用于飞机﹑汽车和拖拉机等的机械零件﹐如齿轮﹑轴﹑凸轮轴等。 渗碳零件的材料一般选用低碳钢或低碳合金钢(含碳量小於0.25%)。渗碳后必须进行淬火才能充分发挥渗碳的有利作用。工件渗碳淬火后的表层显微组织主要为高硬度的马氏体加上残余奥氏体和少量碳化物﹐心部组织为韧性好的低碳马氏体或含有非马氏体的组织﹐但应避免出现铁素体。一般渗碳层深度范围为0.8～1.2毫米﹐深度渗碳时可达2毫米或更深。表面硬度可达HRC58～63﹐心部硬度为HRC30～42。渗碳淬火后﹐工件表面产生压缩内应力﹐对提高工件的疲劳强度有利。因此渗碳被广泛用以提高零件强度﹑冲击韧性和耐磨性﹐借以延长零件的使用寿命。 按含碳介质的不同﹐渗碳可分为固体渗碳﹑液体渗碳﹑气体渗碳和碳氮共渗； 渗氮，是在一定温度下一定介质中使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺。常见有液体渗氮、气体渗氮、离子渗氮。传统的气体渗氮是把工件放入密封容器中，通以流动的氨气并加热，保温较长时间后，氨气热分解产生活性氮原子，不断吸附到工件表面，并扩散渗入工件表层内，从而改变表层的化学成分和组织，获得优良的表面性能。如果在渗氮过程中同时渗入碳以促进氮的扩散，则称为氮碳共渗。常用的是气体渗氮和离子渗氮。 渗入钢中的氮一方面由表及里与铁形成不同含氮量的氮化铁，一方面与钢中的合金元素结合形成各种合金氮化物，特别是氮化铝、氮化铬。这些氮化物具有很高的硬度、热稳定性和很高的弥散度，因而可使渗氮后的钢件得到高的表面硬度、耐磨性、疲劳强度、抗咬合性、抗大气和过热蒸汽腐蚀能力、抗回火软化能力，并降低缺口敏感性。与渗碳工艺相比，渗氮温度比较低，因而畸变小，但由于心部硬度较低，渗层也较浅，一般只能满足承受轻、中等载荷的耐磨、耐疲劳要求，或有一定耐热、耐腐蚀要求的机器零件，以及各种切削刀具、冷作和热作模具等。渗氮有多种方法，常用的是气体渗氮和离子渗氮。 气体渗氮一般以提高金属的耐磨性为主要目的，因此需要获得高的表面硬度。它适用于38CrMoAl等渗氮钢。渗氮后工件表面硬度可达HV850～1200。渗氮温度低，工件畸变小，可用于精度要求高、又有耐磨要求的零件，如镗床镗杆和主轴、磨床主轴、气缸套筒等。但由于渗氮层较薄，不适于承受重载的耐磨零件。 气体参氮可采用一般渗氮法（即等温渗氮）或多段（二段、三段）渗氮法。前者是在整个渗氮过程中渗氮温度和氨气分解率保持不变。温度一般在480～520℃之间,氨气分解率为15～30%,保温时间近80小时。这种工艺适用于渗层浅、畸变要求严、硬度要求高的零件，但处理时间过长。多段渗氮是在整个渗氮过程中按不同阶段分别采用不同

钢的渗碳和渗氮

钢的渗碳和渗氮 钢的渗碳---就是将低碳钢在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、179--217HBS (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。 钢的渗氮---(强化渗氮;抗蚀渗氮)使氮原子渗入钢的表面,形成富氮硬化层的一种化学热处理工艺。与渗碳相比，渗氮处理后零件具有:高的硬度和耐磨性,高的疲劳强度,较高的抗咬合性,较高的抗蚀性,渗氮过程在钢的相变温度以下(450-600C)进行,因而变形小,体积稍有胀大。缺点是周期长(一般气体渗氮土艺的渗氮时间长达数十到100h)、成本高、渗层薄(一般为0.5mm左右)而脆,不能承受太大问接触应力和冲击载荷。 渗氮用钢---从理论上讲,所有的钢铁材料都能渗氮。但我们只将那些适用可渗氮处理

如何解决渗碳或碳氮共渗零件有效硬化深度的测试

如何解决渗碳或碳氮共渗零件有效硬化深度的测试 目前，在我国航空、航天、汽车、兵器等众多单位的零件加工和热处理工艺都涉及渗碳或碳氮共渗的问题，针对客户的需求，我司开发出半自动显微硬度测试系统，快速解决有效硬化层深度测量。 针对半自动显微硬度计测试系统FEM-7000的特点，介绍一下此系统在工厂中常用的功能，齿轮热处理方法使用碳氮共渗工艺的最多,，作到俗说的“表硬心软”，需要对渗碳的有效深度作检测。现在的标准采用硬度梯度法，大多数都采用1Kgf 载荷，看HV550时的深度值。具体做法如图示：以齿顶为基准，从表面向心部连续打多个点，分别测出各点之硬度，绘制硬度曲线 齿轮剖面示意图 硬度曲线示意图

以往通过此方法作测试时，大家普遍困难的是此工作较繁杂。一是要打多个点测硬度，二是要不断移动和记录载物台移动量，三是手工绘制曲线图。这几个环节易出的问题分别是：一测量时人为误差，二移动物台的精度，三绘图的准确性。往往做一个样品用很长时间，一天若需大量做此工作，人会很疲劳影响测试精度。而现在利用半自动测试系统(FEM-7000) 可以大大提高效率与精度。首先硬度计主机具有自动打压痕功能，第二由于采用自动载物台，可以在测试前将要测点的坐标值一次输入，仪器会自动找到设置点，位移回复精度在2 m以内，第三仪器测试后，由打印机打印一份标准报告，包括数据与曲线图，也可以利用Windows 中的Word软件自己编辑，在报告中任意插入文字、数字及图片，另外打印机还可以打印金相组织的图谱。 重点介绍半自动显微硬度测试系统的功能：FEM-7000半自动显微硬度测试系统是一台以日本F-T公司(FUTURE-TECH CORP.)生产的FM-700型显微硬度计为主机，由电脑控制的自动载物台及高分辨率的CCD图象采集游标测量装置组成的显微硬度测量系统。 该系统由三部分组成： 1. FM－700显微硬度计 2. 自动载物台及PC电脑控制器 3. 高分辨CCD图象采集装置及电脑游标测量装置和数据处理激光打印系统。 其特点分别为： 1.FM－700显微硬度计特点 FM-700显微硬度计是2000年由日本Ｆ－Ｔ公司推出的最新型显微硬度计。它是当前世界上最完善的显微硬度计，它是在原日本松泽公司MXT-α7的基础上作了重要改进的显微镜型显微硬度计。具有以下特点： 1) AUTO TURRET 物镜压头物镜自动转换。在目镜的视域里选好所要测 试的点后，按START，压头会自动旋至已选好点的位置, 自动打压痕后, 物镜再自 动旋回到原位，这时在目镜中便可观察到清晰的压痕, 再进行测量。 2) 触摸式照明LCD菜单式显示屏取代原有繁多的操作按键，操作十分方便并有ＨＶ对其 它12种标尺的自动对照转换值, 如 (ＨＫ.ＨＲＡ.ＨＲＢ.ＨＲＣ.ＨＢ.ＨＳ) 3)有内装微处理器存贮多达999个测量数据，并具有对测量数据的数理统计（最大 值、最小值、均方差、平均值、偏差）等。 4) 配接打印机可将测量结果全部打印输出。 5) 配接电脑控制的自动载物台及高分辨CCD图像采集游标测量装置可组成半自动测量 系统（参阅FEM－7000）。 6) ＦＭ－７00显微硬度计可在原有2个物镜（10倍、40倍）外，另任选配装一个物镜 （5 倍、20倍、50倍、100倍）。这样ＦＭ－７00同时也成为一台高品质的明场显微 镜。

钢的渗碳和渗氮

钢的渗碳和渗氮 名词解释： 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 : 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。

渗碳和碳氮共渗发生‘内氧化’问题的解释

关于渗碳和碳氮共渗发生‘内氧化’问题的解释 一张餐巾纸 关于渗碳和碳氮共渗过程中发生‘内氧化’的问题，这对于热处理理论知识较深、有实践经验的同行朋友来说，是一个熟知的题目；而对初涉这个问题的朋友，就不大明白‘氧化’和‘内氧化’的区别了。下面，用通俗一点的语言说一说这个问题到底是怎么一回事，解决此问题的难点在哪里？ 气体渗碳发生内氧化的问题，简单地说：渗碳气氛中有一定的‘氧势’（这个氧势来自CO2和H2O），这个‘氧势’足够低才能渗碳，氧势越低则碳势越高。在通常受控的炉气碳势范围内，除了碳向钢中扩散以外，还有气氛中的‘氧’也向钢中扩散，由于氧势并不高，对铁元素来说已处于还原状态的环境中，也就是说，对‘铁’来说不会发生氧化，此时的‘铁’保持着本来的面貌（金属本色）；但对钢中所含的某些合金元素来说，例如Cr、Mn、Si等，由于发生氧化的‘氧分压’很低（即比‘铁’更容易氧化），也就是说，此时气氛中的‘氧势’仍然相对较高，出现了被氧化的化学反应。这些合金元素的氧化不仅发生在晶粒边界，而且也发生在晶粒内部。前者称为‘晶界氧化’，后者叫做‘内氧化’，时间越长，透入的深度越大。这种铁没有发生氧化只有某些合金元素被氧化的所谓‘内氧化’问题，在渗层较厚的气体碳氮共渗中同样存在。 在常用的渗碳气氛中，如果把‘氧势’降得很低，达到使那些容易被氧化的合金元素也不发生氧化的水平，而此时气氛的‘碳势’又将升到很高的数字，造成‘碳势’超出控制范围而失控现象。这种此消彼长、顾此失彼的矛盾现象，就成了解决问题的难点。

钢中的上述合金元素，表面层发生氧化后，造成氧化物周围的该合金元素‘贫化’，致使奥氏体的稳定性（淬透性）下降，在‘渗碳－直接淬火’的工艺下，出现索氏体一类非马氏体组织，即所谓‘黑色组织’，使表层硬度下降；黑色组织的出现还会改变渗碳层的内应力分布，这些对钢的疲劳寿命和耐磨性有相当明显的损害。 在永无休止地追求好上加好和利润最大化的现代化生产中，这个问题就成了冶金－热处理行业高度关注的问题之一。 早期的解决（而今仍然沿用）的方法，是采用高碳势渗碳－淬火后磨去表面的过共析层（顺便解决尺寸精度问题），或者对已经出现内氧化层的工件采用二次加热加快冷却速度的方法淬火。 随着科学技术的发展，现在，采用‘渗碳－直接淬火’工艺方案并作为最后工序（即后面不再对渗碳表面进行加工即成为成品直接投入使用的制造方案）越来越多，除了选择内氧化倾向低的钢种、调整炉气成分、优化渗碳工艺和选择高速淬火油等措施，力求减少黑色组织的层深以外，还采用表面喷丸强化来补救。 近几年兴起的低真空渗碳方法，还有渗剂中加入稀土的报道，据称可以完全避免内氧化问题的发生。

渗碳和渗氮常识

渗碳和渗氮常识 钢的渗碳---就是将低碳钢在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、179--217HBS (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。

常见材料盐浴碳氮共渗的硬度

常见材料盐浴碳氮共渗的硬度,渗层对照表 常见材料盐浴碳氮共渗的硬度，渗层对照表 材料牌号工艺表面硬度 (HV0.1) 相当于 (HRC) 化合物层厚 (μm) 总渗层厚 (mm) 08F 08Al A3(Q235) 10# 15# 570℃×90' 500-600 50-56 25-30μm>0.5mm 35# 40# 45# 40Cr 45Cr 570℃×90' 600-700 56-61 15-20μm0.3-0.5mm 35CrMo 42CrMo 50Mn 65Mn 570℃×90' 700-800 61-56 12-15μm0.3-0.4mm 38CrMoAL 570℃×90' 900-1000 67以上10-12μm0.15-0.2mm 1Cr13 2Cr13 3Cr13 1Cr17 1Cr18Ni9Ti W18Cr4V 6-5-4-2 570℃×90' 1000-1200 70以上8-12μm0.15-0.2mm H13 3Cr Cr12MoV 3Cr2W8V 570℃×90' 1000以上70以上8-12μm0.2-0.3mm QT50 QT70 QT120 灰口铸铁570℃×90' 600-700 56-61 12-15μm0.15-0.2mm 粉末冶金570℃×90' 500-600 50-56 15-20μm0.3-0.5mm 4Cr9si2 21-4N 4Cr10Si2Mo 570℃×20' 950以上67以上5-10μm0.02-0.05mm 各种氮化工艺的比较 盐浴硫碳氮共渗盐浴碳氮共渗气体软氮化气体硬氮化离子氮化耐磨性***** *** *** ***** *** 耐腐性***** **** ** ** ** 疲劳强度***** **** *** *** *** 处理时间很短短长很长长工件变形很小很小很大大一般环保性能***** *** * * **** 处理范围很广很广一般很小广性能价格比高较高一般一般一般