淺談滲碳熱處理的控制與缺陷分析

1、 淺談滲碳熱處理的控制與缺陷分析 通常機械工件在完成機加工之后需要進行滲碳處理，來提高表面硬度、耐磨性能以及解除疲憊強度的等。但是在實際的滲碳熱處理過程中，經(jīng)常會消失各種缺陷導(dǎo)致的最終的產(chǎn)品不能使用或者壽命降低。本文主要針對滲碳熱處理的掌握以及缺陷進行了分析，對實際的滲碳熱處理具有肯定的指導(dǎo)意義。 材料為鋼的機械零件為了得到較高的表面質(zhì)量，一般都需要進行滲碳熱處理，來提高零件表面的強度、硬度、接觸疲憊強度和彎曲疲憊強度。滲碳處理是將剛件放入到滲碳的介質(zhì)中加熱并保溫一段時間，使碳原子能夠滲入到剛件的表面，使的剛件表面的碳濃度增加。滲碳屬于金屬表面處理的一種，對于低碳鋼和低合金鋼的應(yīng)用較多；通過將

2、活性滲碳介質(zhì)和工件加熱至900-1000的單相奧氏體，保溫肯定時間之后，碳原子進入到剛件的表層，但是鋼件心部仍舊保持原樣。 1.滲碳熱處理工藝 1.1.滲碳熱處理 滲碳之后的鋼件其表面的化學(xué)成分接近于高碳鋼。通常，鋼件在滲碳之后要經(jīng)過淬火處理，來達(dá)到高的表面硬度、耐磨性和疲憊強度，并實現(xiàn)鋼件心部具有低碳鋼淬火后的強韌性，使得鋼件既具有特別好的表面質(zhì)量優(yōu)能承受沖擊載荷。滲碳工藝廣泛的應(yīng)用于航空航天、船舶海洋、汽車工業(yè)等行業(yè)。 1.2.滲碳熱處理 滲碳熱處理按使用的滲碳劑可分為如下三大類：固體滲碳法：以木炭為主劑的滲碳法；體滲碳法：以氰化鈉（NaCN）為主劑之滲碳法；氣體滲碳法：以自然氣、丙烷、丁

3、烷等氣體為主劑的滲碳法。 1.2.1.固體滲碳法 先將處理工件去銹，以適當(dāng)?shù)拈g隔（2025以上）排列于滲碳箱中，四周填圍滲碳劑，加蓋以粘土封密裝入電氣爐。加熱保持肯定時間。在爐中經(jīng)過所定后，在爐內(nèi)漸漸冷卻或者由爐中拖出空冷，后進行熱處理。 滲碳鋼的表面為高碳鋼，心部為低碳鋼，有必要施行適用各部份的硬化處理，一般進行一次淬火將心部組織微細(xì)化，其次進行二次淬火將滲碳層硬化，最終進行回火使硬化層的組織安定化。 但依鋼材的種類及使用目的而有適當(dāng)?shù)臒崽幚?，鎳鉻鋼、鎳鉻鉬鋼等的結(jié)晶粒粗大化少，未必要一次淬火，滲碳后實施球狀化退火者已達(dá)一次淬火的目的，亦無此必要；一次淬火的淬火溫度高，變形大，簡單脆裂，要盡

4、量避開；滲碳層淺的小工件通常省略一次淬火。二次淬火后，施行回火，消退應(yīng)力，給予韌性，防止時效變形，要求高硬度者在150以下長時回火，忌諱時效變形者，可在稍高的180200回火。 1.2.2.液體滲碳法 液體滲碳是以氰化鈉（NaCN）為主成分，所以同時能滲碳亦能氰化，所以亦稱為滲碳氮化（Carbonitriding），有時亦稱為氰化法（Cyaniding）。處理溫度約以700界，此溫度以下以氮化為主，滲碳為輔，700以上則滲碳為主，氮化為輔，氮化之影響極低。一般工業(yè)上使用時，系以滲碳作用為主。液體滲碳法雖硬化層薄，但滲碳時間短，故內(nèi)部應(yīng)力較少，同時因C、N同時慘入，所以耐磨性佳。 1.2.3.氣

5、體滲碳法 氣體滲碳，由于適合大量生產(chǎn)化，作業(yè)可以簡化，質(zhì)量管理簡單算特點，目前最普遍被采納。此法有變成氣體（或稱發(fā)生氣體）及滴注式之兩種。 變成氣體方式之方法是將碳化氣體（C4H10，C3H8，CH4等）和空氣相混合后送入變成爐（Gas generator），在爐內(nèi)10001100之高溫下，使碳化氫和空氣反應(yīng)而生成所謂變成氣體（Converted Gas），由變成爐所生成的氣體有各種稱呼，本文便利上叫做變成氣體。變成氣體以CO、H2、N2，為主成份，內(nèi)含微量CO2、H2O、CH4，然后將此氣體送進無外氣泄入的加熱爐內(nèi)施行滲碳。滲碳時，因所需的滲碳濃度不同，在變成氣體內(nèi)添加適當(dāng)量的C4H10、C

6、3H8、CH4等以便調(diào)滲碳濃度。 2.滲碳熱處理掌握 2.1.滲碳熱處理的常見缺陷 滲碳熱處理的常見缺陷有碳濃度過高、表面局部貧碳、表面產(chǎn)生六角形裂紋等。碳濃度過高產(chǎn)生緣由是滲碳時急劇加熱，溫度又過高或固體滲碳時用全新滲碳劑，或用劇烈的催滲劑過多都會引起滲碳濃度過高的現(xiàn)象。隨著碳濃度過高，工件表面消失塊狀粗大的碳化物或網(wǎng)狀碳化物。由于這種硬脆組織產(chǎn)生，使?jié)B碳層的韌性急劇下降。并且淬火時形成高碳馬氏體，在磨削時簡單消失磨削裂紋。 碳濃度過低產(chǎn)生的緣由是溫度波動很大或催滲劑過少都會引起表面的碳濃度不足。最抱負(fù)的碳濃度為0.91.0%之間，低于0.8%C，零件簡單磨損。滲碳后表面局部貧碳產(chǎn)生的緣由固

7、體滲碳時，木炭顆粒過大或夾雜有石塊等雜質(zhì)，或催滲劑與木炭拌得不勻稱，或工件所接觸都會引起局部無碳或貧碳。工件表面的污物也可以引起貧碳。 2.2.缺陷的掌握 碳濃度過高的解決方法是不能急劇加熱，需采納適當(dāng)?shù)募訜釡囟?，不使鋼的晶粒長大為好。假如滲碳時晶粒粗大，則應(yīng)在滲碳后正火或兩次淬火處理來細(xì)化晶粒；嚴(yán)格掌握爐溫勻稱性，不能波動過大，在反射爐中固體滲碳時需特殊留意；固體滲碳時，滲碳劑要新、舊配比使用。催滲劑最好采納47%的BaCO3，不使用Na2CO3作催滲劑。 表面局部貧碳的處理方法是滲碳溫度一般采納920940，滲碳溫度過低就會引起碳濃度過低，且延長滲碳時間；滲碳溫度過高會引起晶粒粗大；催滲劑(BaCO3)的用量不應(yīng)低于4%。 滲碳濃度加劇過渡在進行滲碳處理時應(yīng)當(dāng)將固體滲碳劑肯定要按比例配制，攪拌勻稱。裝爐的工件留意不要有接觸。固體滲碳時要將滲碳劑搗實，勿使?jié)B碳過塌而使工件接觸。去除表面的污物。表面產(chǎn)生六角形裂紋的防止方法是淬火后必需經(jīng)過充分回火或多次回火，消退內(nèi)應(yīng)力。采納4060粒度的軟質(zhì)或中質(zhì)氧化鋁砂輪，磨削進給量