滲碳淬火熱處理工藝

1、滲碳淬火工藝1、鋼的淬火鋼的淬火與回火是熱辦理工藝中最重要，也是用途最廣泛的工為了除去淬火鋼的剩余應(yīng)力，淬火能夠明顯提升鋼的強(qiáng)度和硬 度。序。獲取不一樣強(qiáng)度，硬度和韌性配合的性能，需要配以不一樣溫 度的回火。所以淬火和回火又是不行切割的、密切連接在一同的兩種 熱辦理工藝。淬火、回火作為各樣機(jī)器部件及工、模具的最后熱辦理 是給予鋼件最后性能的重點(diǎn)工序，也是鋼件熱辦理增強(qiáng)的重要手段之 一。淬火的定義和目的而后以大于臨界冷卻保溫一準(zhǔn)時(shí)間，把鋼加熱到奧氏體化溫度，鋼件 淬火后獲取馬氏體或這類(lèi)熱辦理操作稱(chēng)為淬火。速度進(jìn)行冷卻，20CrNiMo資料淬火、回火工藝。下貝氏體組織。圖4為滲碳齒輪2油冷 200

2、 C8 空冷時(shí)間h資料淬火、回火工藝Mo滲碳齒輪20CrNi圖42淬火的目的一般有:提升工具、滲碳工件和其余高強(qiáng)度耐磨機(jī)器部件等的強(qiáng)度、硬度和耐磨性。比如高速工具鋼經(jīng)過(guò)淬火回火后，硬度可達(dá)63HRC， 且擁有優(yōu)秀的紅硬性。滲碳工件經(jīng)過(guò)淬火回火后，硬度可達(dá)5863HRC。構(gòu)造鋼經(jīng)過(guò)淬火和高溫回火（又稱(chēng)調(diào)質(zhì)）以后獲取優(yōu)秀綜協(xié)力 學(xué)性能。比如汽車(chē)半軸經(jīng)淬火和高溫回火（280320HB）及外圓中頻 淬火后，不單提升了花鍵耐磨性，并且使汽車(chē)半軸蒙受扭轉(zhuǎn)、曲折和 沖擊載荷能力（特別是疲憊強(qiáng)度和韌性）大為提升。淬火時(shí)，最常用的冷卻介質(zhì)是水、鹽水、堿水和油等。往常碳素鋼用 水冷卻，水價(jià)廉易得，合金鋼用油來(lái)冷卻

3、，但對(duì)要求高硬度的軋輥采 用鹽水或堿水冷卻，輥面經(jīng)淬火后硬度高而均勻，但對(duì)操作要求特別 嚴(yán)格，不然簡(jiǎn)單產(chǎn)生開(kāi)裂。鋼的淬透性2.2.1淬透性的基本觀點(diǎn)所謂鋼材的淬透性是指鋼在淬火時(shí)獲取淬硬層深度大小的能力（即鋼材淬透能力），其大小用鋼在必定條件下（頂端淬火法）淬火獲取的 有效淬硬層深度來(lái)表示，淬透性是每種鋼材所固有的屬性，淬硬層愈 深，就表示鋼的淬透性愈好，比如45、40Cr、42CrMo鋼三種試樣， 按同樣條件淬火后（油冷卻），經(jīng)檢測(cè)45鋼能被淬透的最大直徑（稱(chēng) 臨界直徑）6 10mm ； 40Cr鋼能被淬透的最大直徑6 22mm;142CrMo鋼能被淬透的最大直徑6 40mm。實(shí)質(zhì)工件的有效

4、淬硬深度與鋼的淬透性、工件尺寸及淬火介質(zhì)的冷卻 能力等很多要素有關(guān)，比如，同一鋼種在同樣介質(zhì)中淬火，小件比大 件的淬硬層深；同一鋼種同樣尺寸時(shí)，水淬比油淬的淬硬層深。同一種鋼，其成分和冶煉質(zhì)量必定在必定范圍內(nèi)顛簸，因此有關(guān)手冊(cè) 上所供給的某鋼號(hào)的淬透性曲線(xiàn)常常不是一條線(xiàn)，而是一個(gè)范圍，稱(chēng)淬透性帶。圖5為40Cr鋼的淬透性帶。圖5 40Cr鋼的淬透性帶鋼的淬透性值可用J（HRC/ d）表示，此中J表示尾端淬透性，d表 示至水冷端的距離，HRC為該處測(cè)得的硬度值。比如淬透性值（J42/5） 表示距水冷端5mm處試樣硬度值為 42HRC ；淬透性值J（3035/10） 表示距水冷端10mm處試樣硬度

5、值為3035HRC。對(duì)淬透性值有詳細(xì) 要求的鋼應(yīng)依據(jù)GB/T5216-2004保證淬透性構(gòu)造鋼標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定訂 貨，其鋼號(hào)最后用H表示，比如42CrMoH。2、鋼的回火2.1回火的定義和目的鋼淬火后一定經(jīng)過(guò)回火，回火是指將淬火鋼加熱到Ac （鋼件加熱時(shí) 的臨界點(diǎn)）以下的某一溫度，經(jīng)過(guò)保溫，而后以必定的冷卻方法冷至室 溫的熱辦理工藝，見(jiàn)圖4?；鼗鸬哪康模?.1.1降低脆性，減少或除去內(nèi)應(yīng)力，防備工件變形或開(kāi)裂。2.1.2獲取工藝所要求的力學(xué)性能。淬火工件的硬度高且脆性大，通過(guò)適合回火可調(diào)整硬度，獲取所需要的塑性、韌性。，它們會(huì)自覺(jué)地向穩(wěn)固的均衡組織轉(zhuǎn)變，進(jìn)而惹起工件尺寸和形狀的改變，經(jīng)過(guò)回火可使淬火

6、馬氏體和剩余奧氏體轉(zhuǎn)變成較穩(wěn)固組織，以 保證工件在使用過(guò)程中不發(fā)生尺寸和形狀的變化。2.1.4關(guān)于某些高淬透性的合金鋼，空冷即可淬成馬氏體，如采納退 火融化，則周期很長(zhǎng)。此時(shí)可采納高溫回火，降低硬度，以利切削加 工。淬火鋼不經(jīng)回火一般不可以直接使用，為了防止工件在擱置過(guò)程中發(fā)生 變形和開(kāi)裂，淬火后應(yīng)實(shí)時(shí)回火。、回火的種類(lèi)淬火鋼回火后組織性能決定于回火溫度，依據(jù)回火溫度范圍，可將回 火分為三類(lèi)：2.2.1低溫回火 低溫回火的溫度為150250 C，回火后組織為回火馬氏 體，低溫回火主要降低鋼的淬火內(nèi)應(yīng)力和脆性，同時(shí)保持鋼在淬火后 的高硬度（一般為58-64HRC ）和耐磨性，常用于辦理各樣工具、

7、模 具、軸承、滲碳件及經(jīng)表面淬火工件。中溫回火的溫度為350500 C，回火后不單保持較高硬度（一 2般為3545HRC ）和強(qiáng)度，并且擁有高的彈性極限和足夠的韌性。中溫 回火主要用于各樣彈簧的辦理，還用于某些塑料模、熱鍛模以及要求 較高強(qiáng)度的軸、軸套等。2.2.3高溫回火高溫回火的溫度為500650 C。高溫回火后的組織為回火索氏體，這類(lèi)組織擁有優(yōu)秀的綜協(xié)力學(xué)性能。二、化學(xué)熱辦理工件放在必定的化學(xué)介質(zhì)中加熱到必定溫度，使其表面與介質(zhì)互相作 用，汲取此中某些化學(xué)元素的原子（或離子），并自表面向內(nèi)部擴(kuò)散 的過(guò)程稱(chēng)為化學(xué)熱辦理。化學(xué)熱辦理包含滲碳、滲氮、碳氮共滲等。化學(xué)熱辦理的結(jié)果是改變了金屬表面

8、的化學(xué)成分和性能。比如低碳鋼 經(jīng)過(guò)表面滲碳淬火后，該鋼種的工件表面就擁有了一般高碳鋼淬火后 的高硬度、高耐磨的性能特點(diǎn)，而心部仍保存低碳鋼淬火后優(yōu)秀的塑 性、韌性的特點(diǎn)。明顯這是單調(diào)的低碳鋼或高碳鋼所不可以達(dá)到的。1、鋼的滲碳1.1鋼的滲碳基來(lái)源理隨和體滲碳工藝在滲碳溫度下（920笆）滲碳過(guò)程包含三個(gè)基本過(guò)程：一是由介質(zhì)（甲醇、煤油、異丙醇）分解出活性原子。如分解產(chǎn)生的一氧化碳和甲烷分解出活性碳原子：2CO CO+C2CH 2H+C 24 二是活性碳原子被工件表面汲取。三是被汲取碳原子向工件內(nèi)部擴(kuò)散。滲碳過(guò)程由分解、汲取、擴(kuò)散三過(guò)程構(gòu)成，三個(gè)過(guò)程又是同時(shí)發(fā)生的，所有過(guò)程存在著復(fù)雜物理化學(xué)反響。

9、氣體滲碳法是將工件放入密封的滲碳爐內(nèi)，圖8為氣體滲碳法示企圖，使工件在920 C高溫的滲碳氛圍中進(jìn)行滲碳。通入的有機(jī)物液體（甲醇、煤油、異丙醇）在高溫下分解，產(chǎn)生活性碳原子，并被加熱到奧氏體狀態(tài)的工件表面汲取，爾后向鋼內(nèi)部擴(kuò)散。滲碳時(shí)最主要的工藝參數(shù)是加熱溫度和保溫時(shí)間。加熱溫度愈高，滲碳速度就愈快，且擴(kuò)散層的厚度也愈深。氣體滲碳法表示圖圖8 TOC o 1-5 h z iIII|IIII、IfII溫 920 C1II度C滲碳 830-850 C排氣強(qiáng)滲 擴(kuò)散淬火時(shí)間（h ）3圖9氣體滲碳典型工藝圖9為氣體滲碳典型工藝，從工藝中明顯可見(jiàn)滲碳劑分解（含排氣）、強(qiáng)滲（汲?。?、擴(kuò)散和爐冷到850 C

10、直接油冷淬火的全過(guò)程。1.2滲碳件質(zhì)量要求對(duì)滲碳件質(zhì)量要求在國(guó)標(biāo) GB/T8539-2000中已有明確規(guī)定，這里對(duì)幾個(gè)主要方面再說(shuō)明一下。1.2.1表面硬度和心部硬度齒表面硬度是指成品齒輪工作齒高中間部位齒面硬度，對(duì)錐齒輪指齒頂部表面硬度。輪齒的心部硬度是指齒寬中部齒根切線(xiàn)的法向上，深度為530倍硬化層 o深，但許多于1倍模數(shù)。這是一個(gè)介紹 丈量部位，為了便于可操作性，可按技齒心部硬度表示圖在輪齒的中心線(xiàn)與術(shù)條件或供需兩方協(xié)議的圖10檢查方法進(jìn)行檢查。一般檢測(cè)齒寬中部法截面上齒根圓訂交處的硬度，見(jiàn)圖10表示圖。表面硬度和心部硬度是工件耐磨性能的重要指標(biāo)，也是資料抗接觸疲勞和曲折疲憊的一個(gè)特征。

11、經(jīng)滲碳淬火后表面硬度應(yīng)達(dá)到5864HRC （大截面齒輪和齒輪軸一般5662HRC），心部硬度依據(jù)不一樣質(zhì)量要 求按規(guī)定控制，一般在2542HRC，MQ級(jí)齒輪要求25HRC以上，ME級(jí)齒輪要求35HRC以上。硬度一般采納里氏硬度計(jì)或洛氏硬度 計(jì)作為檢測(cè)工具。1.2.2滲碳層表面碳濃度和碳濃度梯度滲碳部件表面碳濃度要求控制在 0.750.95%為宜，過(guò)低會(huì)使耐磨性降落，過(guò)高時(shí)脆性增大，強(qiáng)度不可以知足要求。碳濃度梯度反應(yīng)了碳濃度沿滲層降落的指標(biāo)， 它間接地反應(yīng)了滲層的 硬度梯度。碳濃度降落得越安穩(wěn)越好，以保證滲層與基體堅(jiān)固聯(lián)合，防止在使用過(guò)程中產(chǎn)生剝落現(xiàn)象。圖 11為同樣滲碳層總深度（3 mm）三種

12、碳濃度梯度情況。圖11同樣滲碳層總深度（3 mm）三種碳濃度梯度a）好 b）不好c）不好1.2.3有效硬化層深度（滲碳層深度）有效硬化層深度取決于部件的工作條件和心部強(qiáng)度，是確立部件承載 能力的重要參數(shù)。當(dāng)前對(duì)有效硬化層深度我廠技術(shù)設(shè)計(jì)部介紹采納 GC/SY01-10滲碳淬火齒輪有效硬化層深度技術(shù)規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)。有 效硬化層深度是指部件滲碳淬火后，從部件表面到維氏硬度值為 550HV處的垂直距離。測(cè)定硬度所米納的試驗(yàn)力為（1 kgf）。1、部件滲碳后的熱辦理工件滲碳的目的在于使表面獲取高的硬度和耐磨性，所以滲碳后4的工件，一定經(jīng)過(guò)熱辦理使表面獲取馬氏體組織，滲碳后的熱辦理方 法有三種：直接淬火法是

13、將工件自滲碳溫度爐冷到淬火溫度后立刻淬火，而 后在160190 C進(jìn)行低溫回火。這類(lèi)方法不需要從頭加熱淬火，因 此減小了熱辦理變形，節(jié)儉了時(shí)間和降低成本，但因?yàn)闈B碳溫度高， 滲碳加熱時(shí)間長(zhǎng)，因此奧氏體晶粒粗大，淬火后剩余奧氏體量許多， 使工件性能降落，所以直接淬火法只合用于實(shí)質(zhì)細(xì)晶粒鋼或性能要求 較低的工件。這是一般工廠常常采納工藝。1.3.2 一次淬火法 一次淬火法是將工件自滲碳后以適合方式冷至室 溫，而后再?gòu)念^加熱淬火并低溫回火。關(guān)于要求心部有較高強(qiáng)度和較好韌性的部件，能夠細(xì)化晶粒。這是大型齒輪、齒輪軸等常常采納方 法。1.3.3兩次淬火法 兩次淬火法是將工件自滲碳后冷至室溫后再進(jìn)行兩次

14、淬火。第一次淬火目的是細(xì)化心部晶粒，淬火溫度較高，第二次淬火目 的是細(xì)化表層晶粒，淬火溫度較低，這類(lèi)方法適合用使用性能要求很 高的工件，弊端是工藝復(fù)雜，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，工件簡(jiǎn)單變形，工廠應(yīng)用較 少。關(guān)于部件有不一樣意滲碳硬化部位應(yīng)在設(shè)計(jì)圖樣上注明，該部位可采 納防滲涂料進(jìn)行保護(hù)。近幾年來(lái)，我廠為適應(yīng)寶鋼入口設(shè)施齒輪箱的國(guó)產(chǎn)化要求，對(duì)熱辦理進(jìn)行了相應(yīng)技術(shù)改造，添置擁有國(guó)內(nèi)外先進(jìn)水平的計(jì)算機(jī)過(guò)程控制的 大型滲碳爐，由工業(yè)計(jì)算機(jī)、入口智能控溫儀、入口智能碳控儀、氧 探優(yōu)等構(gòu)成，爐溫控制精度W土 3C，爐溫采納爐內(nèi)主控，爐外輔控； 碳濃度控制精度W%；滲碳層深度誤差W 10 %；滲碳硬化層深 度范圍16m

15、m。進(jìn)而對(duì)爐內(nèi)碳濃度、爐溫、滲碳硬化層深度等實(shí)現(xiàn) 精準(zhǔn)控制，保證了產(chǎn)品滲碳質(zhì)量。為減少盤(pán)形齒輪變形，從俄羅斯進(jìn) 口了 淬火壓床。當(dāng)前我廠有 6 3000 X 2000mm、6 2000 X 2500mm、6 1700 X 2000mm、6 1200 X 2000mm、6 900 X 1200mm 井式氣體滲碳 爐五臺(tái)。2、我國(guó)對(duì)齒輪用鋼的冶金質(zhì)量查驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和要求齒輪鋼材的冶金質(zhì)量不單影響到產(chǎn)品的機(jī)械性能，特別是疲憊性能，并且還影響到齒輪生產(chǎn)過(guò)程中的冷熱加工性能及熱辦理工藝性能。所以對(duì)齒輪鋼材的冶金質(zhì)量有各樣規(guī)定和要求， 現(xiàn)列出部份有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和 要求，供有關(guān)人員查閱和使用。一定指出，跟著對(duì)齒輪產(chǎn)質(zhì)量

16、量要求 不停提升和與外國(guó)廠商合作的不停增強(qiáng)，對(duì)鋼材的冶金質(zhì)量要求會(huì)越 來(lái)越高。我國(guó)對(duì)齒輪用鋼的冶金質(zhì)量一般要求見(jiàn)表 3: 表3齒輪鋼材的冶金質(zhì)量要求表 項(xiàng)目名稱(chēng)查驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求 5化學(xué)成分JB/T6395 -92大型齒輪、件 齒圈鍛和GB/T3077 -199 構(gòu)金結(jié)9合鋼化學(xué)成分不得超出表中數(shù)字，鋼中硫、磷及剩余銅、銘、鎳、鉬不大）（熱壓力加工用鋼的銅含量不大于0.20于下表規(guī)定，PCu SCrNiMo優(yōu)良鋼高級(jí)優(yōu)良鋼特級(jí)優(yōu)良鋼,025 0松散和偏 析GB/T3077 -1999合金構(gòu)造鋼合金構(gòu)造鋼規(guī)定不得超出表中數(shù)字（如供方能按GB/T3077 -1999保證低倍查驗(yàn)合格，可采納超聲波查驗(yàn)或其余無(wú)損探傷法取代低倍）一般疏中心疏鋼種 松松錠型偏 析一般點(diǎn)狀 偏析邊沿點(diǎn)狀 偏析3優(yōu)良鋼W級(jí)W3級(jí)3級(jí)WW 1級(jí)級(jí)W 1級(jí)高級(jí)優(yōu)良鋼 W2級(jí)W2W 2級(jí)不一樣意有不一樣意 有W1級(jí)W1級(jí)特級(jí)優(yōu)良鋼W 1級(jí)不一樣意有不一樣意 有純度及冶 煉GB/T8539 -2000齒輪資料及熱辦理質(zhì)量查驗(yàn)的 一般規(guī)定GB/T10561 -2005鋼中非金屬夾雜 物含量的測(cè)定標(biāo)準(zhǔn) 評(píng)級(jí)圖顯微查驗(yàn) 法鋼材在鋼包中脫氧及精華辦理，并經(jīng)真空脫氣，澆鑄過(guò)程應(yīng)有防氧化查驗(yàn)II區(qū) 純度，檢方法B舉措，最大氧含量25ppm，按GB/T10561 2。下表為夾雜物級(jí) 別驗(yàn)面積