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渗碳表面硬化处理法

渗碳表面硬化处理法
渗碳表面硬化处理法

渗碳表面硬化处理法

渗碳硬化乃表面硬化法之一种,属于化学表面硬化法。渗碳者先于钢之表面产生初生态之碳,而后使之渗入钢之表面层,逐渐扩散入内部。初生态之碳乃由CO或CH4等气体分解而得。CO之来源或由含有CO之气体得之,或由固体渗碳剂之反应而产生于渗碳容器内,或者由含有氰化物之盐浴得之。初生态之碳由钢之表面扩散入内部时,钢之温度须增高至沃斯田铁化温层范围内,使初生态之碳埂于扩散,盖沃斯田铁可溶解较多之〞C〞而肥粒铁则溶解力极小,故渗碳温度必须在Ac3要以上之温度。以便渗碳作用得以进行。再配合各种热处理法,使得钢之去面生成高碳硬化心部低碳之低硬度层。使处理供具有表面硬而耐磨,心部韧而耐冲击之性质。

一、渗碳处理之种类与特点:

(一)渗碳法之种类渗碳法按使用之渗碳剂而可分为如下三大类:(1)固体渗碳法:以木炭为主剂的渗碳法。(2)液体渗碳法:以氰化钠(NaCN)为主剂之渗碳法。(3)气体渗碳法:以天然气、丙烷、丁烷等气体为主剂的渗碳法。

(二)渗碳法之比较(1)固体渗碳法长处:(a)设备费便宜,操作简单,不需高度技术。(b)加热用热源,可用电气、瓦斯、燃料油。(c)大小工件均适,尤其对大形或需原渗碳层者有利。(d)适合多种少量生产。短处:(a)渗碳深度及表面碳浓度不易正确调节,有过剩渗碳的倾向。处理件变形大。(b)渗碳终了时,不易直接淬火,需再加热。(c)作业环境不良,作业人员多。

(2)液体渗碳法长处:(a)适中小量生产。设备费便宜。不需高度技术。(b)容易均热、急速加热,可直接淬火。(c)适小件、薄渗碳层处理件。(d)渗碳均匀,表面光辉状态。短处:(a)不适于大形处理件的深渗碳。(b)盐浴组成易变动,管理上麻烦。(c)有毒、排气或公害问题应有对策。(d)处理后,表面附着盐类不易洗净,易生锈。(e)难以防止渗碳。有喷溅危险。

(3)气体渗碳法长处:(a)适于大量生产。(b)表面碳浓度可以调节。(c)瓦斯流量、温度、时间容易自动化,容易管理。短处:(a)设备费昂贵。(b)处理量少时成本高。(c)需要专门作业知识。

二、固体渗碳法:

将表面渗碳钢作成的工件,连同渗碳剂装入渗碳箱而密闭,装入加热炉,加热成沃斯田铁状态,使碳从钢表面侵入而扩散,处理一定时间后,连同渗碳箱冷却,只取出渗碳处理工件,进行一次淬火、二次淬火、施行回火。

此固体渗碳在渗碳法中历史最老,不适于连续处理大量工件,作业环境不良,已有衰退倾向,不过炉及其它设备也较简单,多种少量的处理也较方便,不至于完全绝迹。固体渗碳的渗碳机构以气体渗碳为基础,亦即箱内的固体渗碳剂与箱内空气中的氧反应,成为二氧化碳(CO2),CO2再与碳反应,生成一氧化碳(CO)。

C + O2 = CO2C + CO2 = 2 COCO在钢表面分解,析出碳〔C〕。2 CO =〔C〕+ CO2

〔C〕异于普通的碳,此种在钢表面分解的原子状碳(atomic Carbon)即称为活性碳或初生态碳(nascent Carbon)的活性强的碳,本讲义表成〔C〕;另一方面,钢材表面副生的CO2再在固体渗碳剂表面依(2)式生成CO,依(3)式分解而析出〔C〕,此反应连续反复进行,碳从钢材表面侵入扩散,而渗碳。

前述反应与铁(Fe)组合成渗碳反应。Fe + 2 CO = { Fe - C }+ CO2

渗碳用之碳素,如以渗碳性之强度顺序列之,可排如木炭、焦炭、石墨、骨炭。通常使用木炭为主剂,再添加若干渗碳促进剂。一般以碱金属的碳酸盐为促

进剂,碳酸盐中的碳酸锂(LiCO3)、碳酸锶

(Sr CO3)、碳酸钾(K CO3)、的促进能大,但昂贵,工业上采用碳酸钡(Ba CO3)、碳酸钠(Na2 CO3)为多。虽促进能不如,但有耐久性,Na2 CO3快劣化,所以通常木炭加Ba CO320~30%,或再加10%以下的Na2 CO3为渗碳剂。

固体渗碳处理程序下:先将处理工件去锈,脱脂以适当的间隔(20~25㎜以上)排列于渗碳箱中,周围填围渗碳剂,加盖以粘土封密装入如图五之电气炉,坑式炉也可用。加热保持一定时间。

在炉中经过所定后,在炉内徐冷或者由炉中拖出空冷,后进行热处理。渗碳钢的表面为高碳钢,心部为低碳钢,有必要施行适用各部份的硬化处理,一般籍一次淬火将心部组织微细化,其次藉二次淬火将渗碳层硬化,最后藉回火使硬化层的组织安定化。

但依钢材的种类及使用目的而有适当的热处理,镍铬钢、镍铬钼钢等的结晶粒粗大化少,未必要一次淬火,渗碳后实施球状化退火者已达一次淬火的目的,亦无此必要;一次淬火的淬火温度高,变形大,容易脆裂,要尽量避免;渗碳层浅的小工件通常省略一次淬火。二次淬火后,施行回火,消除应力,赋予韧性、分解残留沃斯田铁,防止时效变形,要求高硬度者在150℃以下长时回火,忌讳时效变形者,可在稍高的180~200℃回火。

三、液体渗碳法:

液体渗碳法为将工作件浸渍于盐浴中行渗碳之方法。因盐浴之淬火性良好,因此可减少工作件之变形,并可使处理件加热均匀。升温迅速,操作简便,便于多种少量的生产。尤其在同一炉,可同时处理不同渗碳深度的处理件。

液体渗碳是以氰化钠(NaCN)为主成分,所以同时能渗碳亦能氰化,所以亦称为渗碳氮化(Carbonitriding),有时亦称为氰化法(Cyaniding)。处理温度约以700℃界,此温度以下以氮化为主,渗碳为辅,700℃以上则渗碳为主,氮化为辅,氮化之影响极低。一般工业上使用时,系以渗碳作用为主。

液体渗碳法虽硬化层薄,但渗碳时间短,故内部应力较少,同时因C、N同时惨入,所以耐磨性佳。液体渗碳反应是利用氰化物(NaCN)分解,先在浴面与空气中的氧、水分、二氧化碳反应变成氰酸盐。2 NaCN + O2 = 2 NaCNONaCN + CO2 = NaCNO + CO氰酸盐在高温分解生成CO或N。4 NaCNO = 2 NaCNO + Na2 CO3 + CO +2 N

在较低温时反应如下:5 NaCNO = 3 NaCNO + Na2 CO3 + CO2 + 2N

生成的CO及N与Fe反应而进行渗碳及氮化。Fe + 2 CO = { Fe - C }+ CO2Fe + N = { Fe - C }

一般用的渗碳剂是在中添加碳酸钠(Na2 CO3)、氯化钡(Ba Cl2)、氯化钠(Na Cl2)等,比起NaCN单盐,表面碳浓度低,扩散层增加,900℃时的碳浓度最高,这是由于钡盐的促进作用大,而且熔点变高,浴的粘性也增加,影响渗碳作用。

渗碳盐浴的容器通常使用软铁、镍铬钢、耐热钢,不过,氧化侵蚀很激烈,施行渗铝防锈法可延长寿命;容器形状宜是内容积大、表面积小、接触空气的面少,蒸发挥散量也少,但是容器的上部与下部渗碳力不同,所以要注意盐浴搅拌。

与渗碳处理的零件安装于适当的夹具,预热到200~500℃后浸入盐中,尽量防止盐浴温度降低及热变形。浴底堆积很多氧化物,处理品接触它时会变形,所以须预先调节夹具,使处理品与浴底之间有充分的余裕。

如前所述,NaCN会随熔融时间而劣化,渗碳能降低,所以作业中要定期分析CN,CN不够时,添加指定的补给剂,保持渗碳能在前面所述的钢箔试验可简

易试出渗碳能,因NaCN有吸湿性,若将含有水分的补给剂投入加热浴中,则会溅散,须利用炉的隔热壁干燥。渗碳终了后可直接淬火,不过渗碳温度高时,可先浸入保持淬火温度的中性盐浴中,然后淬火。下表为各种淬火方法之比较。回火系去除淬火时发生之残留应力。且将之部分之残留沃斯田铁变为麻田散铁。温度过高则硬度会降低,一般以150~200℃为最适宜。

四、气体渗碳法:

气体渗碳,由于适合大量生产化,作业可以简化,品质管制容易算特点,目前最普遍被采用。此法有变成气体(或称发生气体)及滴注式之两种。

变成气体方式之方法是将碳化气体(C4H10,C3H8,CH4等)和空气相混合后送入变成炉(Gas generator),在炉内1000~1100℃之高温下,使碳化氢和空气反应而生成所谓变成气体(Converted Gas

),由变成炉所生成的气体有各种称呼,本文方便上叫做变成气体。变成气体以CO、H2、N2,为主成份,内含微量CO2、H2O、CH4,然后将此气体送进无外气泄入的加热炉内施行渗碳。渗碳时,因所需的渗碳浓度不同,在变成气体内添加适当量的C4H10、C3H8、CH4等以便调渗碳浓度。

气体渗碳有关的反应如下所示:2CO =〔C〕+ CO2......(1)CO + H2 =〔C〕+ H2O......(2)CH4 =〔C〕+ 2 H2......(3)C2H6 =〔C〕+ CH4 + H2......(4)C3H8 =〔C〕+ C2H6 + H2 (5)

此处析出的碳为活性碳〔C〕,此碳渗入钢中扩散而渗碳。

高级碳化氢以式(4)、(5)的反应依序分解,成为低级碳化氢,最后成为CH4,进行式(3)的分解,式(4)、(5)的分解速度比式(3)快。

这些反应还会引起下示的副反应H2 + CO2 = CO + H2O……(6)CH4 + CO2 = 2CO + 2 H2……(7)CH4 + H2O = CO + 3H2……(8)以上为气体渗碳的基本反应。

进行气体渗碳时,需要前述的气体变成炉、处理炉及其它附属设备,都属于气密式炉体,炉内有风扇使渗碳及温度均匀化。

在变成炉变成的渗碳性气体,以对应于处理目的的气体组成或露点的气体导入处理炉。

此气体参与钢的渗碳,会副生CO2,减低渗碳性,为了从钢材表面除去CO2,有必要以某速度以上使渗碳性气体流动,调节气体流量,使炉内气体每1小时置换5~10次,又为了防止炉外的氧化性气体混入,炉内压力要保持稍高于1气体。

取出、装入处理品之际,要实施火陷帘,防止空气混入,免得爆炸。

渗碳终了后进行淬火,不过渗碳温度当作淬火温度时太高的话,可降低气体的碳位,降低炉温,成为淬火适温后淬冷。

淬火用油若不适当,则即使在炉内为光辉状态,淬入油中时也会氧化着色,达不到光辉处理的目的;淬火油阻害光辉性的因子有油的氧化、残留碳、硫量等油的性状或直接与组成有关者,或微量的水分及空气混入的活,也会降低光辉度。气体渗碳后降低温度至800℃以后直接淬火于水或油中,此时若使用麻淬火之处理则可减少淬火变形,又气体渗碳后之组织,其表皮含碳浓度与芯部含碳量之间有显著之差异,所以渗碳后须施以扩散退火(900~950℃),此后在800℃淬火之,淬火后必须在150~180℃施以低温回火。

渗碳后之热处理一般依渗碳温度而分为二种:(1)渗碳温度在钢件原含碳量之Ac3上方时,渗碳后中心部份之组织变成微细,表皮则为粗大,此时热处理只须将表皮之粗大晶粒处理成微细晶粒即可,故将渗碳后之钢件,加热至A1稍上方(780℃附近)淬火即可。

(2)若渗碳温度在Ac3上方甚高温度处,则中心部晶粒亦成为粗大,此时须经二次热处理。第1次淬火之目的在于使未被渗碳之心部组织微细化,即加热至Ac3上起沃斯田铁变态,而结晶粒刚微细化时淬火之,故温度较高。同时在此温度下,渗碳层之高碳部份的网状雪明碳铁可固熔于沃斯田铁,所以淬火后不再有网状雪明碳铁存在。

但是此淬火温度,作为渗碳层之淬火温度未免过高,必须再一次在较低之温度作第二次淬火。此温度对于渗碳层而言,相当于A1与Acm之间约760℃附近,故经第二次淬火之铲,渗碳表面层为麻田散铁,基地中有许多球状碳化物存在,故耐磨性高。

回火系去除淬火时发生之残留应力,且将一部份之残留沃斯田铁变为麻田散铁。温度过高则硬度会降低,普通以150~200℃为最适宜。若须较高之硬度时,则宜在100~170℃回火,若须韧性时,则宜在400℃以上,Ac1以下回火之,则得回火糙斑铁组织。

五、气体渗碳氮化法:

气体渗碳氮化时,渗碳和渗氮作用同时行。气体渗碳用的气体渗碳用的气体用来产生渗碳作用,而N H3气体用产生渗氮作用。气体渗碳氮化温度为704~900℃,其处理时间比气体渗碳法短,得较薄的硬化层,所得渗碳氮化结果类似于液体渗碳氮化所得者。

处理层的硬化能,比由渗碳所得的渗碳层好,所以把渗碳氮化和淬火适当配合时,碳钢或低合金钢也可以得到十分安定的高硬度硬化层。由此法所得的硬化层深度为0.07~0.75㎜。淬火时可采用油淬火,有时可实施气体淬火来防止淬火变形而仍能得到高的表面硬度。

渗碳氮化所使用的钢由以低碳构造用钢和低合金构造用钢为主,其主要目的是改善耐磨性。假如同时要满足耐荷重性和耐磨性,首先渗碳1.5~1.8㎜,其次实施渗碳氮化,然后加以油淬火。

气体渗碳氮化层因为含有N,其回火软化抵抗性大,所以回火温度要比气体渗碳淬火者高。通常回火于190~210℃时,表面硬度为HRC58以上。

渗碳工艺介绍

渗碳 定义 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。 简介 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。 渗碳工艺在中国可以上溯到2000年以前。最早是用固体渗碳介质渗碳。液体和气体渗碳是在20世纪出现并得到广泛应用的。美国在20年代开始采用转筒炉进行气体渗碳。30年代﹐连续式气体渗碳炉开始在工业上应用。60年代高温(960~1100℃)气体渗碳得到发展。至70年代﹐出现了真空渗碳和离子渗碳。 原理渗碳与其他化学热处理一样﹐也包含3个基本过程。 ①分解:渗碳介质的分解产生活性碳原子。 ②吸附:活性碳原子被钢件表面吸收后即溶到表层奥氏体中﹐使奥氏体中含碳量增加。 ③扩散:表面含碳量增加便与心部含碳量出现浓度差﹐表面的碳遂向内部扩散。碳在钢中的扩散速度主要取决于温度﹐同时与工件中被渗元素内外浓度差和钢中合金元素含量有关。 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。 分类 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。 渗碳工艺 1、直接淬火低温回火组织及性能特点:不能细化钢的晶粒。工件淬火变形较大,合金钢渗碳件表面残余奥氏体量较多,表面硬度较低 适用范围:操作简单,成本低廉用来处理对变形和承受冲击载荷不大的零件,适用于气体渗碳和液体渗碳工艺。 2 、预冷直接淬火、低温回火,淬火温度800-850℃组织及性能特点:可以减少工件淬火变形,渗层中残余奥氏体量也可稍有降低,表面硬度略有提高,但奥氏体晶粒没有变化。 适用范围:操作简单,工件氧化、脱碳及淬火变形均小,广泛应用于细晶粒钢制造的各种工具。 3、一次加热淬火,低温回火,淬火温度820-850℃或780-810℃组织及性能特点:对心部强度要求较高者,采用820-850℃淬火,心部为低碳M,表面要求硬度高者,采用780-810℃淬火可以细化晶粒。 适用范围:适用于固体渗碳后的碳钢和低合金钢工件、气体、液体渗碳的粗晶粒钢,某些渗碳后不宜直接淬火的工件及渗碳后需机械加工的零件。

热处理过程控制

热处理过程控制 热处理过程中的质量控制,实际上是贯彻热处理相关标准的过程,包括热处理设备及仪表哦那个之、工艺材料及槽液控制、工艺过程控制等,只有严格执行标准,加强工艺纪律,才能将热处理缺陷消灭在质量的形成过程中,获得高质量的热处理零件。 1、相关热处理工艺及质量控制要求标准 GB/T16923-1997 钢的正火与退火处理;GB/T16924-1997 钢的淬火和回火处理;GB/T18177-1997 钢的气体渗氮;JB/T3999-1999 钢件的渗碳与碳氮共渗淬火回火;JB/T4155—1999 气体氮碳共渗;JB/T9201—1999 钢铁件的感应淬火回火处理 JB/T6048—1992 盐浴热处理;JB/T10175—2000 热处理质量控制要求 2、加热设备及仪表要求: 2.1、加热设备要求: 2.1.1加热炉需按有效加热区保温精度(炉温均与性)要求分为六类,其控温精度、仪表精度和 允许用修改量程的方法提高分辨力 温仪表。其中一个仪表应具有报警的功能。 2.1.3 每台加热炉必须定期检测有效加热区,检测方法按GB/T9452和JB/T6049的规定,其保温精度应符合表7要求。应在明显位置悬挂带有有效加热区示意图的检验合格证。加热炉只能 记录表热电偶的热距离应靠近。校验应在加热炉处于热稳定状态下进行,当超过上述允许温度

2.1.5保护气氛炉和化学热处理炉的炉内气氛应能控制和调节。进入加热炉的气氛不允许直接冲刷零件。 2.1.6 对气体渗碳(含碳氮共渗)炉,渗氮(含氮碳共渗(软氮化))炉,在有效加热区检验合格后还应进行渗层深度均匀性检验,试样放置位置参照有效加热区保温精度检测热电偶布点位置,检验方法按GB/T9450和GB/T11354的规定。气体渗碳炉、渗氮炉中有效硬化层深度偏差,见表11和表12: 2.1.7 炉内的加热介质不应使被加热工件表面产生超过技术文件规定深度的脱碳、增碳、增氮和腐蚀等现象。 2.1.8 感应热处理加热电源及淬火机床: 2.1.8.1 感应加热电源输出功率及频率必须满足热处理要求,输出功率控制在±5%,或输出电压在±2.5%范围内。感应热处理机床和限时装置应满足工艺要求。 2.1.8.3限时装置:感应加热电源或淬火机床应根据需要装有控制加热、延迟、冷却时间的限时 2.2 淬火槽要求: 2.2.1 淬火槽的设置应满足技术文件条件对工件淬火转移时间的规定。 2.2.2淬火槽的容积要适应连续淬火和工件在槽中移动的需求。 2.2.3淬火过程中,油温一般保持在10——80℃,水温一般保持在10——40℃。 2.2.4 淬火槽一般应有循环搅拌和冷却装置,可选用循环泵、机械搅拌或喷射对流装置。必要时,淬火槽可配备加热装置。 2.2.5 淬火槽应装有分辨力不大于5℃的测温。 2.3 仪表要求: 2.3.1 现场使用的控温和记录仪表等级应符合表7要求,检定周期按表9执行。 2.3.2 现场系统校验用的标准电位差计精度应不低于0.05级,分辨力不低于1Uv,检定周期为6个月。

热处理变形的原因

热处理变形的原因 在实际生产中,热处理变形给后续工序,特别是机械加工增加了很多困难,影响了生产效率,因变形过大而导致报废,增加了成本。变形是热处理比较难以解决的问题,要完全不变形是不可能的,一般是把变形量控制在一定范围内。 一、热处理变形产生的原因 钢在热处理的加热、冷却过程中可能会产生变形,甚至开裂,其原因是由于淬火应力的存在。淬火应力分为热应力和组织应力两种。由于热应力和组织应力作用,使热处理后零件产生不同残留应力,可能引起变形。当应力大于材料的屈服强度时变形就会产生,因此,淬火变形还与钢的屈服强度有关,材料塑性变形抗力越大,其变形程度越小。 1.热应力 在加热和冷却时由于零件表里有温差存在造成热胀冷缩的不一致而产生热应力。零件由高温冷却时表面散热快,温度低于心部,因此表面比心部有更大的体积收缩倾向,但受心部阻碍而使表面受拉应力,而心部则受压应力。表里温差增大应力也增大。 2.组织应力 组织应力是因为奥氏体与其转变产物的比容不同,零件的表面和心部或零件各部分之间的组织转变时间不同而产生的。由于奥氏体比容最小,淬火冷却时必然发生体积增加。淬火时表面先开始马氏体转变,体积增大,心部仍为奥氏体体积不变。由于心部阻碍表面体积增大,表面产生压应力,心部产生拉应力。 二、减少和控制热处理变形的方法 1.合理选材和提高硬度要求 对于形状复杂,截面尺寸相差较大而又要求变形较小的零件,应选择淬透性较好的材料,以便使用较缓和的淬火冷却介质淬火。对于薄板状精密零件,应选用双向轧制板材,使零件纤维方向对称。对零件的硬度要求,在满足使用要求前提下,尽量选择下限硬度。 2.正确设计零件 零件外形应尽量简单、均匀、结构对称,以免因冷却不均匀,使变形开裂倾向增大。尽量避免截面尺寸突然变化,减少沟槽和薄边,不要有尖锐棱角。避免较深的不通孔。长形零件避免截面呈横梯形。 3.合理安排生产路线,协调冷热加工与热处理的关系

渗碳淬火热处理工艺

渗碳淬火工艺 1、钢的淬火 钢的淬火与回火是热处理工艺中最重要,也是用途最广泛的工序。淬火可以显著提高钢的强度和硬度。为了消除淬火钢的残余应力,得到不同强度,硬度和韧性配合的性能,需要配以不同温度的回火。所以淬火和回火又是不可分割的、紧密衔接在一起的两种热处理工艺。淬火、回火作为各种机器零件及工、模具的最终热处理是赋予钢件最终性能的关键工序,也是钢件热处理强化的重要手段之一。 1.1 淬火的定义和目的 把钢加热到奥氏体化温度,保温一定时间,然后以大于临界冷却速度进行冷却,这种热处理操作称为淬火。钢件淬火后获得马氏体或下贝氏体组织。图4为渗碳齿轮20CrNi2Mo材料淬火、回火工艺。 温830℃ 度 ℃油 冷200℃ 8 空冷 时间h 图4 渗碳齿轮20CrNi2Mo材料淬火、回火工艺 淬火的目的一般有: 1.1.1 提高工具、渗碳工件和其他高强度耐磨机器零件等的强度、硬度和耐磨性。例如高速工具钢通过淬火回火后,硬度可达63HRC,且具有良好的红硬性。渗碳工件通过淬火回火后,硬度可达58~63HRC。 1.1.2 结构钢通过淬火和高温回火(又称调质)之后获得良好综合力学性能。例如汽车半轴经淬火和高温回火(280~320HB)及外圆中频淬火后,不仅提高了花键耐磨性,而且使汽车半轴承受扭转、弯曲和冲击载荷能力(尤其是疲劳强度和韧性)大为提高。 淬火时,最常用的冷却介质是水、盐水、碱水和油等。通常碳素钢用水冷却,水价廉易得,合金钢用油来冷却,但对要求高硬度的轧辊采用盐水或碱水冷却,辊面经淬火后硬度高而均匀,但对操作要求非常严格,否则容易产生开裂。 1.2 钢的淬透性 2.2.1 淬透性的基本概念 所谓钢材的淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层深度大小的能力(即钢材淬透能力),其大小用钢在一定条件下(顶端淬火法)淬火获得的有效淬硬层深度来表示,淬透性是每种钢材所固有的属性,淬硬层愈深,就表明钢的淬透性愈好,例如45、40Cr 、42CrMo钢三种

热处理变形控制及校正方法在实际生产中的应用

内容提要 在热处理过程中,工件变形是一种不可避免的现象。变形量保持在一定的要求范围内不影响工件的使用,但变形过大、以至于超出公差要求范围则工件报废,不能使用,造成浪费。 本文通过对多年实际操作经验的总结,从理论上阐述了工件热处理产生变形的原因,并联系生产实际,介绍了在热处理各个环节中产生变形的因素并极具针对性的介绍了控制各种产生变形的因素,诸如:分级淬火、等温淬火、预冷淬火等热处理控制变形方法及其他确实有效的变形控制方法。并以实际生产中的产品为例,对比证明了相关控制并减小热处理变形的方法。以及实际生产过程中,在产生较大变形的情况下,针对不同的产品特性所采取的校型方法。

1、热处理变形产生的原理及危害 工件淬火中引起的变形(宏观或微观)是操作中一种常见庛病,碳素钢薄板类工件在淬火前采用综合工艺可以在不同程度控制变形,对于模具钢、高速钢、量具钢可以结合分级淬火、等温淬火、预冷淬火减小变形量。 热处理的各个环节,都存在导致产生变形的因素。物体的“热胀冷缩”是众所周知的一种现象,钢材同样也是如此,淬火时当高温工件放入淬火冷却剂时,遇冷工件必然会产生收缩。工件截面上各部分的冷却是有先后的,因此各部分发生收缩也就有了先后,工件表面先冷却、先发生收缩,工件中心后冷却,还没有发生收缩。这样表面的收缩就必然要受到中心部分的牵制。这种由于工件表里热胀冷缩的不一致(即有温差)而造成的内应力称热应力。钢在淬火冷却过程中还要发生奥氏体向马氏体组织的转变过程,由于奥氏体的比容较马氏体小得多,所以在奥氏体向马氏体转变的同时,也就伴随着发生体积的膨胀。由于工件截面上各部分的冷却速度不一致,因此发生组织的转变和体积的膨胀也就不一致。工件表面先冷到Ms点,先发生转变和膨胀,而此时中心部分却尚未(或正在)开始发生转变和膨胀,这样表面的体积必然要受到中心部分的约束。这种由于工件表里组织转变的不一致而造成的内应力称组织应力。对每一个淬火工件来讲,既有热应力,又有组织应力,问题在于这两种应力综合的结果如何。当这两种应力的综合结果超过了钢材的屈服强度(δs)时,则引起变形,当这两种内应力综合的结果超过了钢材的强度极限(δb)时,则将引起钢材发生开裂的危险。 2、变形的控制方法 2.1 热处理过程中控制变形的方法 2.1.1 加热控制法 2.1.1.1 对于形状复杂的重要零件及薄板件或工具,可在加热淬火前进行一次或两次预热,这样可以减少工件表里的温差所造成的热应力。 2.1.1.2 在保证硬度的前提下选正常淬火温度下限和采用冷却能力较为缓慢的淬火冷却剂。

金属材料渗碳淬火工艺综述

金属材料渗碳淬火工艺综述 摘要:渗碳与淬火在金属材料热处理中占有很重要的地位,渗碳是目前机械制造工业中应用最广泛的一种化学热处理方法,能提高材料的耐磨性和疲劳强度;淬火是热处理工艺中最重要,也用途最广泛的工序,能显著提高金属材料的强度和硬度。 关键词:渗碳,淬火,耐磨性,强度,硬度 1、渗碳工艺 1.1、渗碳原理 将低碳钢件放入渗碳介质中,在850~950℃加热保温,使活性碳原子渗入钢件表面并获得高渗碳层的工艺方法叫做渗碳。齿轮、凸轮、轴类等许多重要机械零件还有模具经过渗碳及随后的淬火并低温回火后,可以获得很高的表面硬度、耐磨性以及高的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度,而心部仍保持低碳,具有良好的塑性和韧性,因此处理后的材料既能承受磨损和较高的表面接触应力及冲击负荷的作用。 渗碳属于化学热处理,过程由分解、吸附和扩散三个基本过程组成,发生的化学反应如下: 2CO→[C]+CO2 Fe+[C]→FeC CH4→[C]+2H2 1.2、渗碳分类 根据渗碳剂的不同,渗碳方法有固体渗碳、气体渗碳和离子渗碳。常用的是前两种,尤其是气体渗碳应用最为广泛。 固体渗碳是将低碳件放入装满固体渗碳剂的渗碳箱中,密封后送入炉中加热至渗碳温度保温,以便活性碳原子渗入工件表层。固体渗碳剂由一定颗粒度的木炭加碳酸盐混合而成。渗碳温度一般为900~930℃,渗碳保温时间视层深要求确定,一般需要十几个小时。固体渗碳加热时间长,生产效率低,劳动条件差,渗碳深度及质量不易控制。 气体渗碳是把零件放入含有气体渗碳介质的密封高温炉中进行碳的渗入过程的渗碳方法。这种渗碳方法通常是将煤油或丙酮等液态碳氢化合物直接滴入高温渗碳炉中,使其热裂分解为活性碳原子并渗入零件表面。气体渗碳温度一般为920~950℃。气体渗碳工艺过程通常可划分为升温排气、渗碳(包括强渗和扩散)、降温冷却三个阶段,如图1所示:

减小和控制热处理变形的有效措施(1)

热处理变形产生的原因及控制方法 学院:化学化工学院班级:09材料化学姓名:张怡群学号:090908050 摘要:热处理变形是热处理过程中的主要缺陷之一,对于一些精密零件和工具、模具,常常会因为热处理变形超差而报废。为此,本文对热处理变形产生的原因进行了阐述,并总结了减少和控制热处理变形的几种方法。 关键词:热处理变形、产生原因、控制方法 前言:金属热处理是将金属工件在适当的温度下通过加热、保温和冷却等过程,使金属工件内部组织结构发生改变,从而改善材料力学、物理、化学性能的工艺。热处理是改善金属工件性能的一种重要手段。在工件制造中选取合适的材料后,为了达到工艺要求而经常采用热处理工艺,但是热处理除了具有积极作用外,在处理过程中也不可避免地会产生形变。在实际生产中,热处理产生的变形,对后续工序的影响是至关重要的,有些贵重材料和一些机器中的重要零部件,因变形过大而导致报废。钢件在热处理过程中由于钢中组织转变时比容变化所造成的体积膨胀,以及热处理所引起的塑性变形,使钢件体积及形状发生不同程度改变。变形是热处理较难解决的问题,要完全不变形是不可能的,一般是把变形量控制在一定范围内。 正文:1热处理变形的原因在生产实际中,热处理变形的表现形式多种多样,有体积和尺寸的增大和收缩变形,也有弯曲、歪扭、翘曲等变形,就其产生的根源来说, 可分为内应力造成的应力塑性变形和比容变化引起的体积变形两大类。 (1) 内应力塑性变形 热处理过程中加热冷却的不均匀和相变的不等时性, 都会产生内应力, 在一定塑性条件的配合下, 就会产生内应力塑性变形。在加热和冷却过程中, 零件的内外层加热和冷却速度不同造成各处温度不一致,致使热胀冷缩的程度不同, 这样产生的应力变形叫热应力塑性变形。在加热和冷却过程中, 零件的内部组织转变而发生的时间不同, 这样产生的应力变形叫组织应力变形塑性变形。 (2) 比容变形在热处理过程中, 各种相结构的组织比容不同,在相变时发生的体积和尺寸变化为比容变形。比容变形一般只与奥氏体中碳和金元素的含量、游离相碳化物、铁素体的多少、淬火前后组织比容变化差和残余奥氏体的多少和钢的

常用热处理工艺【详情】

常用的几种热处理方法 内容来源网络,由深圳机械展收集整理! 更多相关表面处理及精密零件加工展示,就在深圳机械展! 1.常用热处理方式 1.1.退火 把钢加热到一定温度并在此温度下保温,然后缓慢冷却到室温。 退火有完全退火、球化退火、去应力退火等几种。 a.将钢加热到预定温度,保温一段时间,然后随炉缓慢冷却称为完全退火.目的是降 低钢的硬度,消除钢中不均匀组织和内应力. b.把钢加热到750度,保温一段时间,缓慢冷却至500度下,最后在空气中冷却叫球 化退火。目的是降低钢的硬度,改善切削性能,主要用于高碳钢。 c.去应力退火又叫低温退火,把钢加热到500~600度,保温一段时间,随炉缓冷到 300度以下,再室温冷却.退火过程中组织不发生变化,主要消除金属的内应力。 1.2.正火 将钢件加热到临界温度以上30-50℃,保温适当时间后,在静止的空气中冷却的热处理工艺称为正火。 正火的主要目的是细化组织,改善钢的性能,获得接近平衡状态的组织。 正火与退火工艺相比,其主要区别是正火的冷却速度稍快,所以正火热处理的生产周期短。故退火与正火同样能达到零件性能要求时,尽可能选用正火。 1.3.淬火 将钢件加热到临界点以上某一温度(45号钢淬火温度为840-860℃,碳素工具钢的淬火温度为760~780℃),保持一定的时间,然后以适当速度在水(油)中冷却以获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺称为淬火。 淬火与退火、正火处理在工艺上的主要区别是冷却速度快,目的是为了获得马氏体组织。马氏体组织是钢经淬火后获得的不平衡组织,它的硬度高,但塑性、韧性差。马氏体的硬度随钢的含碳量提高而增高。

1.4.回火 钢件淬硬后,再加热到临界温度以下的某一温度,保温一定时间,然后冷却到室温的热处理工艺称为回火。 淬火后的钢件一般不能直接使用,必须进行回火后才能使用。因为淬火钢的硬度高、脆性大,直接使用常发生脆断。通过回火可以消除或减少内应力、降低脆性,提高韧性;另一方面可以调整淬火钢的力学性能,达到钢的使用性能。根据回火温度的不同,回火可分为低温回火、中温回火和高温回火三种。 A 低温回火150~250.降低内应力,脆性,保持淬火后的高硬度和耐磨性。 B 中温回火350~500;提高弹性,强度。 C 高温回火500~650;淬火钢件在高于500℃的回火称为高温回火。淬火钢件经高温淬火后,具有良好综合力学性能(既有一定的强度、硬度,又有一定的塑性、韧性)。所以一般中碳钢和中碳合金钢常采用淬火后的高温回火处理。轴类零件应用最多。 淬火+高温回火称为调质处理。 2.Q235热处理工艺 Q235属于碳素结构钢,含碳量大概0.12%-0.2%之间,相当于普通的10、20钢,淬火后硬度改变不大。具有较高的强度,良好的塑性,韧性和焊接性能,综合性能好,能满足一般钢结构和钢筋混凝土结构用钢的要求。 Q235一般买来就用不热处理,一般它都用在工程上大量需要钢材的地方,数量巨大,一般是热轧后就使用,热轧也就是有正火这个热处理,不热处理的原因有几个: 1)这些场合不需要太高的力学要求。 2)这些钢构件的体积太大了,你想热处理也不现实。 3)这些钢很多情况下要被焊接使用的,你热处理了被焊接后也被焊接过程中将焊缝的 热处理给破坏了。 4)材料价格便宜,质量要求比较低,而且是低碳钢,热处理的效果也不太好。 5)如果非要用Q235淬出硬度那只能渗碳,但是一件很不划算的事情。 Q235在理论上是可以淬火得到马氏体的。但是由于马氏体碳过饱和度很低,淬火后的硬度很低,只有170HBS左右。而这种钢的供应状态硬度大概就有144HBS左右(出

金属表面热处理渗碳工艺对比

金属表面热处理渗碳工艺的对比 一、热处理发展历史 在实用生产技术发展上值得回顾的有:①1890年英国首次公布了制备不可燃气氛发生炉的专利,该气氛用于金属的光亮热处理,德国的A.富利1921年申请了在井式炉中通氨渗氮的专利。②P.P.阿诺索夫在1837年就倡导用气体渗碳法,而经过100年后(1935年)前苏联的利哈乔夫汽车厂才有了第一台用煤油裂解气的罐式连续渗碳炉;直到20世纪50年代才逐步取代了固体渗碳和用氰盐的液体渗碳。③前苏联的G.V.沃罗格金在20世纪40年代逐步把感应加热技术应用到炼钢、锻造加热和表面淬火热处理等领域。④20世纪40年代末出现了用LiCl露点仪的碳势可控渗碳。⑤离子渗氮于20世纪30年代在德国就有了专利,而KlÊ;ckner公司是在20世纪50年代末才开发出商品设备,并推向工业应用。⑥20世纪60年代初瑞士的H.魏斯发明了在井式炉中的CARBOMAAG滴注可控渗碳法。⑦20世纪60年代中期,用吸热式气(载气)、甲烷或丙烷(作富化气)并用CO2红外仪测控炉气碳势的可控渗碳在汽车工业中得到推广。与此同时第一代的冷壁式真空加热油中淬火炉和真空渗碳炉问世。⑧20世纪50年代开发,60年代推广的被称作Tenifer或Tufftride商品名称的盐浴氮碳共渗,使渗氮周期由数十小时缩短到1h~2h,可明显提高传动件的抗疲劳、耐磨性和抗咬合能力;由于处理温度低(<580℃),工件畸变小,其缺点是所用氰盐剧毒、废盐废水需妥善处理。⑨为避免使用剧毒的氰盐,20世纪60年代后期开发出了NH3+吸热式气(Nikotrier)和NH3+CO2(Nitroc)在570℃的井式或箱式炉中施行的气体氮碳共渗法,随后在汽车曲轴、低载齿轮等零件上获得广泛应用。⑩20世纪50年代高分子聚合物溶液开始用做淬火剂。最早使用的此类聚合物是聚乙烯醇(PVA),以0.1%~0.3%的浓度用做感应加热件的喷冷淬火,其冷却能力介于水油之间,不易燃、无污染。20世纪60年代美国联碳公司推出UCON(PAG)系列合成淬火剂,可代替油用于铁和非铁合金的淬火及固溶处理的冷却。随后又有一系列其它类别的合成淬火剂商品问世。⑾高、中、工频以及超音频和超高频、超高频脉冲感应加热表面热处理工艺广泛应用。各种静态固体电路高频、大功率电源相继问世,全自动程控多工位淬火机床和自动装卸料机械手或机器人获得工业应用。?⑿20世纪80年代氧探头逐步代替红外仪用于炉气碳势控制的传感器和计算机仿真自适应控制、无损检测技术、机器人装卸结合,使大批量生产的汽车零件的渗碳、淬火、清洗、回火、质检全过程实现自动化和无人作业。?⒀20世纪90年代,欧洲IpsenInternational、ALD和ECM等公司相继推出低压渗碳、低压离子渗碳和高压气淬的周期炉和半连续生产线,为提高效率、改善质量、减少畸变和保护环境作出了贡献,为汽车工业热处理未来提供了前景。近20年来,热处理新技术的大量涌现,为机器制造业的发展、机械产品质量的提高、热处理企业的技术改造积累了大量的技术储备,为热处理生产技术的进步提供了广阔前景。 二、氨气的作用:提高淬透性 渗碳淬火后的齿轮零件正常的组织应该是马氏体与残余奥氏体,但在实际生产中经常发现在渗碳淬火件的表层出现连续、断续的黑色组织或沿晶界分布的黑色氧化物。普遍的理论认为是由于内氧化使合金元素贫化、淬透性下降导致形成屈氏体类组织,这类组织就被称为非马氏体组织。非马氏体组织深度如果超标严重,反映在力学性能上就是出现零件表面硬度低头的现象,影响硬度梯度。在实际使用中会降低齿轮的耐磨性和疲劳寿命,危害比较严重。尽可能选择含Cr、Mo、V、Mn和Ni等高淬透性的低碳合金钢作为齿轮原材料。对渗碳后的零件采取剧烈的冷却方式(比如强力搅拌)可以有效地减少非马氏体组织,但前提是不能使零件

影响淬火热处理变形的原因

影响淬火热处理变形的原因 淬火是将钢件加热到临界温度以上,保温适当的时间,然后以大于临界冷却速度冷却,获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺,它是强化钢材的最重要的热处理方法。大量重要的机器零件及各类刀具、刃具、量具等都离不开淬火处理。需要淬火的工件,经过加热后,便放到一定的淬火介质中快速冷却。但冷却过快,工件的体积收缩及组织转变都很剧烈,从而不可避免地引起很大的内应力,容易造成工件变形及开裂。由于淬火变形影响因素非常复杂,导致变形控制十分棘手。而采用校直办法纠正变形或通过加大磨削加工余量,都会增加成本,因此研究钢件淬火热处理变形的影响因素,提出防止变形的措施是提高产品质量、延长零部件使用寿命、提高经济效益的重要课题。 零件热处理变形原因分析 1 热应力引起的变形 钢件在加热和冷却过程中,将发生热胀冷缩的体积变化以及因组织转变时新旧相比容差而产生的体积改变。零件加热到淬火温度时,屈服强度明显降低,塑性则大大提高。当应力超过屈服强度时,就会产生塑性变形,如果造成应力集中,并超过了材料的强度极限,就会使零件淬裂。导热性很差的高碳合金钢,如合金模具钢Cr12MoV、高速钢W18Cr4V之类的工具钢,淬火加热温度很高,如不采用多次预热和缓慢加热,不但会造成零件变形,而且会导致零件开裂而报废。此外,铸钢件和锻件毛坯,如果表层存在着一层脱碳层,由于表层和心部导热性能不同,在淬火加热较快时,也会产生热应力而引起变形。冷却时由于温差大,热应力是造成零件变形的主要原因。 2 组织应力引起的变形 体积的变化往往与加热和冷却有关,因为它和钢的膨胀系数相关。比容的变化导致零件尺寸和形状的变化。组织应力的产生起源于体积的收缩和膨胀,没有体积的膨胀,就没有组织转变的不等时性,也就没有组织应力引起的变形,导致热处理变形的内应力是热应力和组织应力共同作用形成的复合应力,热应力和组织应力综合作用的结果是不定的,可能因冷却条件及淬火温度的不同而产生不同情况,淬火应力是由急冷急热应力及由组织转变不同时所引起的应力综合构成的。 影响淬火热处理变形的主要因素 在实际生产中,影响淬火热处理变形的因素有很多,其中主要包括钢的原始组织、含碳量、零件尺寸和形状、淬火介质的选择、淬火工艺、钢的淬透性等。 1 钢中的含碳量对零件淬火热处理变形的影响 形成显微裂纹敏感度随马氏体中碳含量增高增大。当钢中碳含量大于1.4%时,形成显微裂纹敏感度反而减小。因为钢中碳含量大于 1.4%时马氏体的形态改变了,片变得厚而短,马氏体片之间的夹角变小,撞击机会和应力都有所减小。

热处理变形与裂纹

热处理变形与裂纹 工件热处理后常产生变形和开裂,其结果不是报废,也要花大量工时进行修整。 工件变形和开裂是由于在冷、热加工中产生的应力所引起的。当应力超过弹性极限时,工件产生变形;应力大于强度极限时,工件产生裂纹。 热处理中热应力和组织应力是怎样产生的只有不断认识这个问题,才能采用各种工艺方法来减小和近控制这两种应力。 在加热和冷却时,由于工件热胀冷缩而产生的热应力和组织转变产生的组织应力是造成变形和开裂的主要原因,而原材料缺陷、工件结构形状等因素也促使裂纹的产生和发展。 后面主要叙述热处理操作中的变形和开裂产生原因及一般防止方法,也讨论原材料质量、结构形状等对变形和开裂的影响。 一、钢的缺陷类型 1、缩孔:钢锭和铸件在最后凝固过程中,由于体积的收缩,得不到钢液填充,心部形 成管状、喇叭状或分散的孔洞,称为缩孔。缩孔将显著降低钢的机械性能。 2、气泡:钢锭在凝固过程中会析出大量的气体,有一部分残留在处于塑性状态的金属 中,形成了气孔,称为气泡。这种内壁光滑的孔洞,在轧制过程中沿轧制方向延伸,在钢材横截面的酸浸试样上则是圆形的,也叫针孔和小孔眼。气泡将影响钢的机械 性能,减小金属的截面,在热处理中有扩大纹的倾向。 3、疏松:钢锭和铸件在凝固过程中,因部分的液体最后凝固和放出气体,形成许多细 小孔隙而造成钢的一种不致密现象,称为疏松。疏松将降低钢的机械性能,影响机 械加工的光洁度。 4、偏析:钢中由于某些因素的影响,而形成的化学成份不均匀现象,称为偏析。如碳 化物偏析是钢在凝固过程中,合金元素分别与碳元素结合,形成了碳化物。碳化物 (共晶碳化物)是一种非常坚硬的脆性物质,它的颗粒大小和形状不同,以网状、 带状或堆集不均匀地分布于钢的基体中。根据碳化物颗粒大小、分布情况、几何形 状、数量多少将它分为八级。一级的颗粒最小,分布最均匀且无方向性。二级其次,八级最差。碳化物偏析严重将显著降低钢的机械性能。这种又常常出现于铸造状态 的合金具钢和高速钢中。对热处理工艺影响很大,如果有大块碳化物堆集或严重带 状分布,聚集处含碳量较高,当较高温度淬火时,工件容易因过热而产生裂纹。但 为了避免产生裂纹,而降低淬火温度,结果又会使硬度和红硬性降低。碳化物偏析 严重将直接影响产品质量,降低使用寿命或过早报废。 5、非金属夹杂物:钢在冶炼、浇铸和冷凝等过程中,渗杂有不溶解的非金属元素的化 合物,如氧化物、氮化物、硫化物和硅酸盐等、总称为非金属夹杂物。钢中非金属 夹杂物存在将破坏基体金属的连续性,影响钢的机械性能、物理性能、化学性能及 工艺性能。在热处理操作中降低塑性和强度而且夹杂物处易形成裂纹。在使用过程 中也容易造成局部应力集中,降低工件使用寿命。夹杂物的存在还降低钢的耐腐蚀 性能。 6、白点:钢经热加工后,在纵向断口上,发现有细小的裂纹,其形状为圆形或椭圆形 的,呈银亮晶状斑点。在横向热酸宏观试样上呈细长的发裂,显微观察裂缝穿过晶 粒,裂缝附近不发现塑性变形,裂缝处无氧化与脱碳现象。这种缺陷称为白点。白 点将显著降低横向塑性与韧性,在热处理中易形成开裂。 7、氧化与脱碳:钢铁在空气或氧化物气氛中加热时,表面形成一层松脆的氧化皮,称

表面渗碳处理介绍

表面渗碳处理介绍 表面渗碳是一种常见的热处理方式,渗碳可以使零件表层得到高含碳量和一定 的浓度梯度,提高表面的硬度、耐磨性及疲劳强度,而心部仍保持良好的塑性及韧性。渗碳主要用于表面耐磨而承受冲击负荷的零件,用于处理低碳钢及低碳合金的 零件,如机床主轴、风动工具,汽车、拖拉机齿轮。 一般常见渗碳方式有以下三种: 1、固体渗碳:将零件和固体渗碳剂装入密封的渗碳箱中,在炉中加热至 900℃~950℃,保温足够长时间,活性碳原子渗入零件表层形成一定厚度的渗碳层。 2、气体渗碳:将零件置于密封的渗碳炉中,加热至900℃~950℃,向炉内加入易分解的有机液体(煤油、苯、甲醇)或直接通入渗碳气体(煤气、石油液化气等)产生活性碳原子渗入钢中形成渗碳表面。 3、液体渗碳:用液体介质(如碳化硅、成品渗碳剂)进行渗碳。 发布于:2008年11月10日 09:03:00 表面渗碳处理介绍 表面渗碳是一种常见的热处理方式,渗碳可以使零件表层得到高含碳量和一定 的浓度梯度,提高表面的硬度、耐磨性及疲劳强度,而心部仍保持良好的塑性及韧性。渗碳主要用于表面耐磨而承受冲击负荷的零件,用于处理低碳钢及低碳合金的 零件,如机床主轴、风动工具,汽车、拖拉机齿轮。 一般常见渗碳方式有以下三种: 1、固体渗碳:将零件和固体渗碳剂装入密封的渗碳箱中,在炉中加热至 900℃~950℃,保温足够长时间,活性碳原子渗入零件表层形成一定厚度的渗碳层。 2、气体渗碳:将零件置于密封的渗碳炉中,加热至900℃~950℃,向炉内加入易分解的有机液体(煤油、苯、甲醇)或直接通入渗碳气体(煤气、石油液化气等)产生活性碳原子渗入钢中形成渗碳表面。 3、液体渗碳:用液体介质(如碳化硅、成品渗碳剂)进行渗碳。 发布于:2008年11月10日 09:03:00

渗碳处理技术详解

滲碳處理技術 滲碳硬化乃表面硬化法之一種,屬於化學表面硬化法。滲碳者先於鋼之表面產生初生態之碳,而後使之滲入鋼之表面層,逐漸擴散入內部。初生態之碳乃由CO或CH4等氣體分解而得。CO之來源或由含有CO之氣體得之,或由固體滲碳劑之反應而產生於滲碳容器內,或者由含有氰化物之鹽浴得之。初生態之碳由鋼之表面擴散入內部時,鋼之溫度須增高至沃斯田鐵化溫層範圍內,使初生態之碳埂於擴散,蓋沃斯田鐵可溶解較多之〞C〞而肥粒鐵則溶解力極小,故滲碳溫度必須在Ac3要以上之溫度。以便滲碳作用得以進行。再配合各種熱處理法,使得鋼之去面生成高碳硬化心部低碳之低硬度層。使處理供具有表面硬而耐磨,心部韌而耐衝擊之性質。 一、滲碳處理之種類與特點: (一)滲碳法之種類 滲碳法按使用之滲碳劑而可分為如下三大類: (1)固體滲碳法:以木炭為主劑的滲碳法。 (2)液體滲碳法:以氰化鈉(NaCN)為主劑之滲碳法。 (3)氣體滲碳法:以天然氣、丙烷、丁烷等氣體為主劑的滲碳法。(二)滲碳法之比較 (1)固體滲碳法

長處: (a)設備費便宜,操作簡單,不需高度技術。 (b)加熱用熱源,可用電氣、瓦斯、燃料油。 (c)大小工件均適,尤其對大形或需原滲碳層者有利。 (d)適合多種少量生產。 短處: (a)滲碳深度及表面碳濃度不易正確調節,有過剩滲碳的傾向。處理件變形大。 (b)滲碳終了時,不易直接淬火,需再加熱。 (c)作業環境不良,作業人員多。 (2)液體滲碳法 長處: (a)適中小量生產。設備費便宜。不需高度技術。 (b)容易均熱、急速加熱,可直接淬火。 (c)適小件、薄滲碳層處理件。 (d)滲碳均勻,表面光輝狀態。 短處: (a)不適於大形處理件的深滲碳。 (b)鹽浴組成易變動,管理上麻煩。 (c)有毒、排氣或公害問題應有對策。

机械加工常见热处理工艺解读

渗碳 渗碳热处理 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。 概述 渗碳(carburizing/carburization)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。 渗碳工艺在中国可以上溯到2000年以前。最早是用固体渗碳介质渗碳。液体和气体渗碳是在20世纪出现并得到广泛应用的。美国在20年代开始采用转筒炉进行气体渗碳。30年代﹐连续式气体渗碳炉开始在工业上应用。60年代高温(960~1100℃)气体渗碳得到发展。至70年代﹐出现了真空渗碳和离子渗碳。 分类 按含碳介质的不同﹐渗碳可分为气体渗碳、固体渗碳﹑液体渗碳﹑和碳氮共渗(氰化)。

气体渗碳是将工件装入密闭的渗碳炉内,通入气体渗剂(甲烷、乙烷等)或液体渗剂(煤油或苯、酒精、丙酮等),在高温下分解出活性碳原子,渗入工件表面,以获得高碳表面层的一种渗碳操作工艺。 固体渗碳是将工件和固体渗碳剂(木炭加促进剂组成)一起装在密闭的渗碳箱中,将箱放入加热炉中加热到渗碳温度,并保温一定时间,使活性碳原子渗人工件表面的一种最早的渗碳方法。 液体渗碳是利用液体介质进行渗碳,常用的液体渗碳介质有:碳化硅,“603”渗碳剂等。 碳氮共渗(氰化)又分为气体碳氮共渗、液体碳氮共渗、固体碳氮共渗。 原理 渗碳与其他化学热处理一样﹐也包含3个基本过程。 ①分解 渗碳介质的分解产生活性碳原子。 ②吸附 活性碳原子被钢件表面吸收后即溶到表层奥氏体中﹐使奥氏体中含碳量增加。 ③扩散 表面含碳量增加便与心部含碳量出现浓度差﹐表面的碳遂向内部扩散。碳在钢中的扩散速度主要取决于温度﹐同时与工件中被渗元素内外浓度差和钢中合金元素含量有关。 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。 渗碳工艺流程 1、直接淬火低温回火 组织及性能特点:不能细化钢的晶粒。工件淬火变形较大,合金钢渗碳件表面残余奥氏体量较多,表面硬度较低

齿轮表面渗碳及渗碳深度

仪器在400倍以上的放大倍数下测量压痕。 测定应在各方约定的位置上,在制备好的试样表面上的两条或更多条硬化线上进行,并绘制出每一条线的硬度分布曲线 二.齿轮固体渗碳工艺 (一)渗碳剂的成份及其作用: 固体渗碳剂主要是由木炭粒和碳酸盐(BaCO3或Na2CO3等组成。木炭粒是主渗剂,碳酸盐是催渗剂。 木炭颗粒均匀,并要求3—6mm左右的占80%,1—3mm左右占20%左右,1mm以下的不大于1%,如果是大零件渗碳,大颗粒木炭应多些,小零件,小颗粒应多些。常用的渗碳剂成份如表1所示。 常用渗碳剂的成份 渗碳加热时,炭与其间隙中的氧作用(不完全燃烧),生成一氧化碳。 2C+O2—→2CO 一氧化碳在渗碳条件下,是不稳定的。活性碳原子被钢件表面吸收,并向内部扩散。整个反反应过程可用下式示意表示:C+CO2—→2CO—→CO2+[C]单独用木炭进行渗碳,周期长,效果差,为了增加渗碳剂的活性,增加活性碳原子数量,一般加入一定数量的碳酸盐作为催渗剂。催渗剂在高温下与木碳产生如下反应:BaCO3+C—→BaO2+CO Na2CO3 + C(木炭) —→ Na2O + 2CO 2CO —→ CO2 + [C]渗碳过程中,木炭受到了烧损,但催渗剂分解氧化物,在开箱冷却时与空气接触,如按下方程式进行还原,这使催渗剂消耗大为减少。BaO+CO2—→BaCO3,Na2O+CO2—→Na2CO3 为了提高催渗剂再生效果,在此介绍一种有效的方法,即将高温下倒出来的渗碳剂,立刻用水喷洒(水的重量是渗碳剂重量的4—5%)。通过这样的处理,碳酸盐可得较完全的再生,其原因是:BaO+CO2—→BaCO3这个过程随温度下降而缓慢,如果在高温下喷水,就能使BaO变成氢氧化钡,而氢氧化钡向碳酸钡转变

CrMnTi热处理工艺

20CrMnTi 齿轮钢的热处理工艺 1.前言 1.120CrMnTi钢概述 20CrMnTi是低碳合金钢,该钢具有较高的机械性能,零件表面渗碳0.7-1.1mm。在渗碳淬火低温回火后,表面硬度为58-62HRC,心部硬度为30-45HRC。20CrMnTi的工艺性能较好,锻造后以正火来改善其切削加工性。此外,20CrMnTi 还具有较好的淬透性,由于合金元素钛的影响,对过热不敏感,故在渗碳后可直接降温淬火。且渗碳速度较快,过渡层较均匀,渗碳淬火后变形小。适合于制造承受高速中载及冲击、摩擦的重要零件,因此根据齿轮的工作条件选用20CrMnTi 钢是比较合适的。经过910-940℃渗碳,870℃淬火,180-200℃回火后机械性能的抗拉强度≥1100Mpa、屈服强度≥850Mpa、延伸率≥10%、断面收缩率≥45%,冲击韧性≥680,硬度为58-62HRC。 20CrMnTi合金成分表1.1 C Si Mn Cr S P Ni Cu Ti 0.17~0.230.17~0.370.80~1.10 1.00~1.30≤0.035≤0.035≤0.030≤0.0300.04~0.10 1.220CrMnTi泵体齿轮的的工艺流程: 1.320CrMnTi钢常见的热处理工艺 表1.2 20CrMnTi钢常见的热处理工艺表 热处理工 艺工艺参数硬度要 求 工艺特点 完全退火加热860~880℃,保温,炉 冷 ≤ 217HB S 消除残余应力,降低硬度 正火加热920~950℃,保温,空 冷156~2 07HBS 加热温度在Ac3825℃线之上,细化晶 粒,消除组织缺陷,以获得珠光体+少 量铁素体组织 淬火加热860~900℃,保温,油 冷48~54 HRC 淬火温度高,淬透性中等,变形较大, 硬度不高,耐磨性差 回火加热500~650℃,保温2h, 油冷30~36 HRC 回火索氏体组织 下料锻造正火清洗淬火回火 加工渗碳 包装 清洗检验

淬火变形问题的解决办法

淬火变形问题的解决办法 本文基于淬火变形的机理及其影响因素,浅谈淬火变形的预防控制及后期的机加工补救方法。 一,导致淬火变形的因素 1,碳含量及其对淬火变化量的影响 高碳钢屈服强度的升高,其变形量要小于中碳钢。对碳素钢来说,在大多数情况下,以T7A钢的变形量为最小。当碳的质量分数大于0.7%时,多趋向于缩小;但碳的质量分数小于0.7%时,内径、外径都趋向于膨胀。 碳素钢本身屈服强度相对较低,因而带有内孔(或型腔)类的碳素钢件,变形较大,内孔(或型腔)趋于胀大。合金钢由于强度较高,Ms点较低,残余奥氏体量较多,故淬火变形较小,并主要表现为热应力型的变形,其钢件内孔(或型腔)趋于缩小。因此,在与中碳钢同样条件下淬火时,高碳钢和高合金钢工件往往以内孔收缩为主。 2,合金元素对淬火变形的影响 合金元素对工件热处理变形的影响主要反映在对钢的Ms点和淬透性的影响上。大多数合金元素,例如,锰、铬、硅、镍、钼、硼等,使钢的Ms点下降,残余奥氏体量增多,减小了钢淬火时的比体积变化和组织应力,因此,减小了工件的淬火变形。合金元素显著提高钢的淬透性,从而增大了钢的体积变形和组织应力,导致工件热处理变形倾向的增大。此外,由于合金元素提高钢的淬透性,使临界淬火冷却速度降低,实际生产中,可以采用缓和的淬火介质淬火,从而降低了热应力,减小了工件的热处理变形。硅对Ms点的影响不大,只对试样变形起缩小作用;钨和钒对淬透性和Ms点影响也不大,对工件热处理变形影响较小。故工业上所谓微变形钢,均含有较多量的硅、钨、钒等合金元素。 3,原始组织和应力状态对热处理变形的影响 工件淬火前的原始组织,例如,碳化物的形态、大小、数量及分布,合金元素的偏析,锻造和轧制形成的纤维方向都对工件的热处理变形有一定影响。球状珠光体比片状珠光体比体积大,强度高,所以经过预先球化处理的工件淬火变形相对要小。对于一些高碳合金工具钢,例如,9Mn2V、CrWMn和GCr15钢的球化等级对其热处理变形开裂和淬火后变形的校正有很大影响,通常以2.5-5级球化组织为宜。调质处理不仅使工件变形量的绝对值减小,并使工件的淬火变形更有规律,从而有利于对变形的控制。 条状碳化物分布对工件的热处理变形有很大影响。淬火后平行于碳化物条带方向工件膨胀,与碳化物条带相垂直的方向则收缩,碳化物颗检愈粗大,条带方向的膨胀愈大。对于Cr12类型钢和高速钢等莱氏体钢来说,碳化物的形态和分布对淬火变形的影响尤为显著。 总之,工件的原始组织愈均匀,热处理变形愈小,变形愈有规律,愈易于控制。 4,淬火前工件本身的应力状态对变形有重要影响。特别是形状复杂,经过大进给量切削加工的工件,其残余应力若未经消除,对淬火变形有很大影响。 5,工件几何形状对热处理变形的影响 几何形状复杂,截面形状不对称的工件,例如带有键槽的轴,键槽拉刀、塔形工件等,淬火冷却时,一个面散热快,另一面散热慢,是一种不均匀的冷却。如果在Ms以上的不均匀冷却引起的变形占优势,则冷却快的一面是凹面, 若在Ms以下的不均匀冷却引起的变形占优势,则冷却快的一面是凸面,增加等温时间,增长贝氏体转变量,使残余奥氏体更加稳定,减小空冷中的马氏体转变量,可使工件的变

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