钢的渗碳热处理.ppt

* * 钢的渗碳 渗碳的目的和应用范围 3 1 渗碳方法 2 气体渗碳 3 3 渗碳后的热处理 3 5 渗碳热处理的常见缺陷及产生原因 3 7 渗碳层成分、组织和厚度 4 渗碳件质量检查 6 主要内容 一、渗碳的目的和应用范围 定义 渗碳：将钢件置于具有足够碳势的介质中加热到奥氏体状态并保温，使其表层形成一个富碳层的热处理工艺。 碳势：纯铁在一定温度下于加热炉气中加热时达到既不增碳也不脱碳并与炉气保持平衡时的表面含碳量。 主要目的：是提高工件表面的硬度、耐磨性和疲劳强度，同时保持心部具有一定强度和良好的塑性与韧性。 应用范围：在机器制造业中，有许多重要零件，如汽车变速箱齿轮、活塞销、摩擦片等。可以渗碳的钢一般是碳的质量分数为0.12%-0.25%的低碳钢或低碳合金钢如20、20Cr、20CrMnTi、20CrMnMo、18Cr2Ni4W等。 二、渗碳方法 根据渗碳剂的不同，渗碳方法可分为固体渗碳、液体渗碳和气体渗碳。 （1）固体渗碳　固体渗碳是将工件置于填满木炭(90%左右)和催渗剂(BaCO3、 CaCO3或 Na2CO3等)(10%左右)的固体渗碳箱内进行的，如图1所示。（2）液体渗碳 液体渗碳就是在液体介质中进行的渗碳工艺。它可分为两类：一类是加有氰化物的盐浴，另一类是不加氰化物的盐浴。因氰化物有剧毒现已基本不用。不加氰化物的盐浴由NaCl或KCl、 Na2CO3、和(NH2)2CO或木粉组成。如图2所示。 （3）气体渗碳　气体渗碳是指零件在气体渗碳剂中进行渗碳的工艺。如图3所示。气体渗碳法的生产率高，渗碳过程容易控制，渗碳层质量好，且易实现机械化与自动化，故应用最广。 图1　固体渗碳箱1—渗碳剂　2—工件　3—箱体4～6mm铁板　4—泥封　5—试棒?10mm6—盖：铁板厚6～8mm 图2　井式气体渗碳炉1—风扇电动机　2—废气火焰　3—炉盖　4—砂封　5—电阻丝 6—耐热罐　7—工件　8—炉体 注：在供应的原料气组分稳定的情况下，只要控制气氛中的微量组分CO2、H2O、CH4或O2中的任何一个含量，便可控制上述反应达到某一平衡点，从而实现控制气氛碳势的目的。通常，生产中用露点仪控制H2O含量；用红外线仪控制CO2含量；用氧探头法控制O2含量。 三、气体渗碳 (1)渗碳介质的分解　由介质中分解出活性碳原子。渗碳气氛在高温下分解出活性碳原子[C]，即： (2)碳原子的吸收　工件表面吸收活性碳原子，也就是活性碳原子由钢的表面进入铁的晶格而形成固溶体，或形成特殊化合物。 (3)碳原子的扩散　被工件吸收的碳原子，在一定温度下，由表面向内部扩散，形成一定厚度的渗层。 （一）原理 1.气氛碳势 一般渗碳件的表面含碳量可在0.6%-1.1%间变化。确定最佳表面碳含量的出发点首先是获得最高的表面硬度；其次是使渗层具有最高的耐磨性和抗磨损疲劳性能。研究表明，渗碳层的表面碳的质量分数最好在0.8%-1.0%范围内最佳表层碳含量确定后就可根据表面碳含量与碳势的关系，确定碳势。 2.渗碳温度 渗碳温度首先影响着分解反应平衡，粗略地说，如果气氛中的CO2含量不变，则温度每降低10℃将使气氛碳势增加约0.08%；其次，温度也影响碳的扩散速度，如果气氛碳势不变，温度每提高100 ℃可使渗碳层深度增加1倍；第三，温度还影响着钢中的组织转变，温度过高会使钢的晶粒粗大。生产上广泛使用的温度是900-930 ℃。对于薄层渗碳温度可降到880-900 ℃，这主要是为了控制渗碳层深度；而对于深层渗碳(大于5mm)，温度可提高到980-1000 ℃，这主要是为了缩短渗碳时间。 3.渗碳时间 渗碳时间主要影响渗层深度，同时也在一定程度上影响浓度梯度。 （二）工艺参数的选择与控制 d—渗层深度(mm)；t—渗碳时间(h)；T—渗碳温度(K) （三）渗碳工艺参数的综合选择 ①升温阶段 工件达到渗碳温度前的一段时间，用较低的碳势； ②高速渗碳阶段 正常温度或更高温度下，用高于所需表面碳含量的碳势，时间较长； ③扩散阶段 工件降到或维持在正常渗碳温度下碳势降到所需表面碳含量，时间较短； ④预冷阶段 使温度降低到淬火温度，便于直接淬火。 图3　气体渗碳典型工艺曲线 低碳钢渗碳后，表层含碳量可达过共析成分，由表往里碳浓度逐渐降低，直至渗碳钢的原始成分。 渗碳件缓冷后，表层组织为珠光体加二次渗碳体；心部为铁素体加少量珠光体组织；两者之间为过渡层，越靠近表层铁素体越少 。 一般规定，从表面到过渡层一半处的厚度为渗碳层的厚度。 图7 低碳钢渗碳缓冷后的显微组织 渗碳层厚度δ 四、 渗碳层成分、组织和厚度 t--厚度(mm) (0.2～0.3)t 薄片工件 m--模数 (0.2～0.3)m 齿轮 R--半径(mm) (0.1～0.2)R 轴类