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20Cr自行车前后轴档碳氮共渗热处理工艺研究
20Cr自行车前后轴档碳氮共渗热处理工艺研究
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确定
2 初步掌握碳氮共渗的操作方法及化学热处理质量检测和控制方法
二 实验分析
20Cr材料属于低淬透性合金钢,采用渗碳工艺时晶粒容易长大,而中温气体碳氮共渗工艺,是在工件的表面同时渗入碳和氮,由于氮的加入使γ相区扩大,A3点下降因而能使钢在更低的温度。其过程是将钢件放入密封炉罐内加热到820~80℃ ,并向炉内滴入煤油或其它渗剂,然后加入共渗剂。共渗剂的分解,使活性的碳原子和氮原子在一定压力下被吸附在工件表面并向内扩散,从而形成一定深度的碳氮共渗层。碳氮共渗过程可分为两个阶段,第一阶段即强渗阶段,碳和氮在工件表面;随着时间的延长,出现第二阶段,这时碳继续渗入而氮不仅不渗入工件表面,反而渗层表面部分的氮原子进入到气体介质中,表面脱氮。所以应严格控制共渗温度与共渗时间。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。
2 碳氮共渗时间
X=k√t,其中x=0.4~0.6mm ; k=0.3;
得出t=2~4h
本次实验控制不同的共渗时间,在共渗温度一定的条件下,选定的共渗时间分别为1h,1.5h ,2h ,2.5h ,3h ,3.5h
所以,本次实验,首先选定较好的共渗时间为3h的条件下,研究不同共渗温度对其组织的影响,见表2
表2 不同共渗温度的影响
共渗时间3h 共渗温度
(℃) 820
840
860
880
900
深层厚度
(mm)
然后,选定最佳的共渗温度为860±5℃条件下,研究不同的共渗时间对其组织性能的影响,见表3
表3 不同共渗时间的影响
共渗温度 860±5℃ 共渗时间
(h)
1
1.5
2
2.5
3
3.5 渗层厚度
(mm)
共渗气氛与实验设备
共渗介质:煤油、氨气(煤油产气量0.75m3/L)
实验设备:井式炉
渗剂用量及换气次数
表4 气体碳氮共渗时渗碳剂及氨气用量
炉型 渗碳剂及用量 氨气用量 氨气占炉气总体积的比例 RQ3-60-9 煤油5mL/min 0.15 m3/h 40%
换气次数5~13次
5 碳氮共渗后处理
为了使工件具有较高的强度和耐磨性以及较小的变形,碳氮共渗后的工件必须经过淬火处理,使表层得到含碳氮的马氏体,心部为低碳马氏体或以低碳马氏体为主的组织,并通过低温回火,消除淬火应力,适当提高工件的韧性。与渗碳相比,由于共渗温度较低,即接近工件的Ac3点温度,且保温时间不长,因此共渗后的工件一般均采用直接淬火的方法。本实验也选用共渗后直接淬火。
同时,由于氮的渗入提高了共渗层的淬透性,所以可以采用较缓和的介质冷却,本次实验选择空冷的方式。
碳氮共渗直接淬火后采用低温回火,本次实验选用180℃,低温回火150min.
六 组织性能检测
将经不同共渗温度,共渗时间后淬火、回火的工件进行金相组织观察,并测量表层硬度,心部硬度,得出数据。
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