淬火零件的非马控制.docVIP

渗碳淬火零件非马组织的控制 目前广泛使用的吸热式保护气氛渗碳，淬火后零件表面不同程度的出现黑色组织、黑色网或黑带，轴类零件和齿轮类零件的齿根部位较为严重。黑色组织又称内氧化或非马组织，它实际上是沿晶界分布的合金化合物。在利用吸热式保护气生产的过程中，内氧化是不可避免的。因此，不管是在工业发达的美国、日本还是在我国，在制定的有关检查标准中，都规定允许渗碳层表面有一定深度的内氧化层存在。在实际生产控制中，应采取措施尽量把内氧化深度控制在最低限度。 内氧化形成机理 表面黑色组织、黑网或黑带，经对其金相观察和物理分析，证明它是奥氏体的分解产物，还有少量的氧、氮和铁、锰、铬的合金化合物。由于这些合金化合物的产生，造成了奥氏体晶界以至内部合金元素的贫化，其稳定性下降。由于晶界的特殊条件，原子排列杂乱，晶界边缘的奥氏体合金元素在渗碳过程中易于贫化严重，加上合金元素非自发形核的作用，晶界易于产生黑网。 控制方法 为减少内氧化，设计一种不易产生内氧化的钢种是非常必要的。然而，目前在国内普遍使用的渗碳钢钢种中还没有能完全防止内氧化形成的钢种。 为减少内氧化，从工艺方面主要途径是控制氧、二氧化碳和水的含量，保持炉压稳定，尽早恢复炉气碳势并保持控制稳定，防止炉气泄漏。在加热前保持零件表面洁净，毛坯零件应进行良好的预备热处理，消除锻造缺陷，选用冷速较快的冷却介质。适当提高淬火温度，对抑制和改善非马组织均有一定作用。 炉气中的水蒸气和二氧化碳是促使内氧化形成的主要成份。它们对溶于奥氏体中那些合金元素，会表现出不同的亲和力。Ti、Si、Mn、Cr易于被氧化，W、Mo、Ni、Cu则不易被氧化。在通常900℃至950℃渗碳温度下，为防止内氧化，对含1%Cr的渗碳钢，CO2含量不宜超过0.2%，对含1% Mn的渗碳钢，CO2含量不宜超过0.01%。（20Cr Mn Ti钢中的Cr和Mn的含量均接近或超过1%，SAE8620钢中的Cr和Mn含量均低于1%，在同等情况下，后者比前者防内氧化效果好。）然而，在渗碳过程中，炉内气氛处于类似水煤气反应的过程，不断有氧化和还原反应，炉内气氛始终处于非平衡状态，因此要保证二氧化碳和水蒸气的最低含量，目前控制中还难以满足。 由于内氧化导致合金元素的迁移和碳浓度的下降，结果使渗层的淬透性下降，于是在常规淬火时就会导致非马组织的形成。 为减少内氧化，在渗碳后期适当加入一定量的氨，有助于改善内氧化程度。加入氨气后会使气氛中的氮和氢分压升高，促进氮原子在晶界处聚集，以弥补合金元素的贫化，让氮原子代替合金元素来起到稳定晶界奥氏体作用。由于通入量少，温度处于较低温区，这种“补渗”时间短，其它合金元素也难于扩散。所以，不会形成新的大量的化合物相。但随着氨量的增加，黑网出现的几率与深度又会增加，这与随零件表面氮含量增加，黑网出现的几率和深度也会增加的规律是一致的。如何掌握通入量，一般认为，不超过总通气量的5%为宜。在通氨的过程中，如果伴随着碳势降低，则会出现严重的黑网和黑带。 提高淬火温度有利于减少非马出现的深度。 正确的选择冷却介质是抑制和减少非马组织的重要措施。 采用正交法做出的抑制非马出现的主次关系是： 冷却介质——碳势控制——氨加入量——温度控制 渗碳后的零件采用碱水淬火的话，黑网几乎根本不会出现。在大批量生产中发现，薄壁零件、齿环内零件淬火后一般内氧化程度轻微，而轴内零件则容易出现黑网，说明冷速有较强的抑制产生黑网的作用，淬透性较高的材料对于抑制黑网有明显的作用。 综上所述，淬火后非马组织的出现是不可避免的，有效控制非马组织的途径和手段应从多方面入手，在生产实践中除稳定控制炉气成份外，最有效的方法是提高零件淬火时的冷却速度，以便有效的抑制非马组织出现的几率和深度。 其次，在渗碳后期适当的加入氨气，改善晶界处合金元素的贫化现象有利于抑制非马组织的出现。 贵公司使用的2565豪富顿淬火油，属等温分级淬火油，特性温度高，无明显的汽膜爆裂区段，冷却速度较慢，适用于薄壁零件和齿环内零件，主要目的是减少淬火变形。对于变速箱传动齿轮，建议使用豪富顿快速淬火油（G油或K油），以提高零件的心部硬度和减少非马组织的深度，有利于零件综合性能的提高。 若使用2565豪富顿等温淬火油，将难以保证渗碳淬火零件表层非马组织控制在较小的范围内。 - 3 -