金屬材料滲碳淬火工藝綜述

1、金屬材料滲碳淬火工藝綜述摘要：滲碳與淬火在金屬材料熱處理中占有很重要的地位，滲碳是目前機(jī)械制造工業(yè)中應(yīng) 用最廣泛的一種化學(xué)熱處理方法，能提高材料的耐磨性和疲憊強(qiáng)度；淬火是熱處理工藝中最 重耍，也用途最廣泛的工序，能顯著提高金屬材料的強(qiáng)度和硬度。關(guān)鍵詞：滲碳，淬火，耐磨性，強(qiáng)度，硬度1、滲碳工藝滲碳原理將低碳鋼件放入滲碳介質(zhì)中，在850950C加熱保溫，使活性碳原子滲入鋼件外表并 獲得高滲碳層的工藝方法叫做滲碳。齒輪、凸輪、軸類等很多重要機(jī)械零件還有模具經(jīng)過(guò)滲 碳及隨后的淬火并低溫回火后，可以獲得很高的外表硬度、耐磨性以及高的接觸疲憊強(qiáng)度和 彎曲疲憊強(qiáng)度，而心部仍保持低碳，具有良好的塑性和韌性，

2、因此處理后的材料既能承受磨 損和較高的外表接觸應(yīng)力及沖擊負(fù)荷的作用。滲碳屬于化學(xué)熱處理，過(guò)程由分解、吸附和集中三個(gè)基本過(guò)程組成，發(fā)生的化學(xué)反響如 下：2C0- C +C02Fe+ C f FeCCH4- C +2H2滲碳分類依據(jù)滲碳劑的不同，滲碳方法有固體滲碳、氣體滲碳和離子滲碳。常用的是前兩種，尤 其是氣體滲碳應(yīng)用最為廣泛。固體滲碳是將低碳件放入裝滿固體滲碳劑的滲碳箱中，密封后送入爐中加熱至滲碳溫度 保溫，以便活性碳原子滲入工件表層。固體滲碳劑由肯定顆粒度的木炭加碳酸鹽混合而成。 滲碳溫度一般為900930,滲碳保溫時(shí)間視層深要求確定，一般需要十幾個(gè)小時(shí)。固體 滲碳加熱時(shí)間長(zhǎng)，生產(chǎn)效率低，勞

3、動(dòng)條件差，滲碳深度及質(zhì)量不易掌握。氣體滲碳是把零件放入含有氣體滲碳介質(zhì)的密封高溫爐中進(jìn)行碳的滲入過(guò)程的滲碳方 法。這種滲碳方法通常是將煤油或丙酮等液態(tài)碳?xì)浠衔镏苯拥稳敫邷貪B碳爐中，使其熱裂 分解為活性碳原子并滲入零件外表。氣體滲碳溫度一般為920950。氣體滲碳工藝過(guò)程 通?？蓜澐譃樯郎嘏艢狻B碳（包括強(qiáng)滲和集中）、降溫冷卻三個(gè)階段，如圖1所示：時(shí)間/min圖1井式爐滴注式氣體滲碳工藝過(guò)程3、滲碳優(yōu)化為了充分發(fā)揮滲碳層的作用，使零件外表獲得高硬度和耐磨性，心部保持足夠的強(qiáng)度和 韌性，金屬材料在滲碳后必需進(jìn)行熱處理，進(jìn)行預(yù)冷、淬火、低溫回火處理。滲碳件經(jīng)淬火 并低溫回火后，表層組織為高碳細(xì)針狀

4、回火馬氏體組織加細(xì)粒狀滲碳體及少量剩余奧氏體, 硬度為5862HRC。2、淬火工藝淬火簡(jiǎn)介將鋼加熱至臨界點(diǎn)Acs或Ac1以上肯定溫度，保溫后以大于臨界冷卻速度的速度的冷卻 得到馬氏體（或下貝氏體）的熱處理工藝叫做淬火。淬火的目的就是為了使它的組織全部或 大部轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，獲得高硬度，然后在適當(dāng)溫度下回火，使工件具有預(yù)期的性能。淬火 可以提高金屬工件的硬度及耐磨性，因而廣泛用于各種工、模、量具及要求外表耐磨的零件 （如齒輪、軋輻、滲碳零件等）。通過(guò)淬火與不同溫度的回火協(xié)作，可以大幅度提高金屬的 強(qiáng)度、韌性及疲憊強(qiáng)度，并可獲得這些性能之間的協(xié)作（綜合機(jī)械性能）以滿意不同的使用要求鋼鐵工件在淬火后具

5、有以下特點(diǎn)：得到了馬氏體、貝氏體、剩余奧氏體等不平衡（即 不穩(wěn)定）組織。存在較大內(nèi)應(yīng)力。力學(xué)性能不能滿意要求。因此，鋼鐵工件淬火后一般 都要經(jīng)過(guò)回火。淬火溫度的選擇淬火加熱溫度的選擇應(yīng)以得到勻稱細(xì)小的奧氏體晶粒為原那么，以便淬火后獲得細(xì)小的馬 氏體組織。淬火溫度主要依據(jù)鋼的臨界點(diǎn)確定，亞共析鋼通常加熱至Acs以上3050；共 析鋼、過(guò)共析鋼加熱至Aci以上3050。對(duì)于低合金鋼，淬火溫度亦應(yīng)依據(jù)臨界點(diǎn)Aci或 AC3確定，考慮合金元素的作用，為了加速奧氏體化，淬火溫度可以偏高些，一般為Ac1或 AC3以上50100。高合金工具鋼含有較多強(qiáng)碳化合物形成元素，奧氏體晶粒粗化溫度高， 那么可以實(shí)行更

6、高的淬火加熱溫度。45鋼、A3鋼,這兩種都屬于亞共析鋼,45鋼的AC3值是790, A3鋼的Ac?值是810, Crl2的Ac?值是900。45鋼的淬火溫度應(yīng)當(dāng)在810到840之間;A3鋼的淬火溫度在840 到890之間;Crl2的淬火溫度在930到980之間。3、淬火介質(zhì)鋼從奧氏體狀態(tài)冷至Ms點(diǎn)以下所用的冷卻介質(zhì)叫淬火介質(zhì)。介質(zhì)冷卻力量越大，鋼的 冷卻速度越快，越簡(jiǎn)單超過(guò)鋼的臨界淬火速度，那么工件越簡(jiǎn)單淬硬，淬硬層的深度越深。常 用的淬火介質(zhì)有水、鹽水或堿水溶液及各種礦物油等。以上介質(zhì)各有優(yōu)缺點(diǎn)。水的冷卻力量 大，但冷卻特性不好；由冷卻特性好，但冷卻力量又低。45鋼、A3鋼Crl2的Ms點(diǎn)都

7、是220。4、淬火方法選擇適當(dāng)?shù)拇慊鸱椒ㄍx擇淬火介質(zhì)一樣，可保證在獲得所要求的淬火組織和性能條件 下盡量減小淬火應(yīng)力，削減工件變形和開裂趨向。常用的淬火方法有單液淬火、雙液淬火、 分級(jí)淬火和等溫淬火。模具熱處理方式模具材料主要為45#鋼、A3鋼，也有不少用的是Crl2合金。采納的熱處理方式是碳氮 共滲f淬火（淬火介質(zhì)是鹽水或淬火油）f低溫回火。鋼的碳氮共滲：碳氮共滲是向鋼的表層同時(shí)滲入碳和氮的過(guò)程。習(xí)慣上碳氮共滲又稱為 氟化，目前以中溫氣體碳氮共滲和低溫氣體碳氮共滲（即氣體軟氮化）應(yīng)用較為廣泛。中溫 氣體碳氮共滲的主要目的是提高鋼的硬度，耐磨性和疲憊強(qiáng)度。低溫氣體碳氮共滲以滲氮為 主，其主要

8、目的是提高鋼的耐磨性和抗咬合性。熱處理常見的問(wèn)題在熱處理常見的問(wèn)題是模具消失變形、開裂的狀況。模具熱處理后變形和開裂的主要緣由:（1）、材質(zhì)問(wèn)題：S、P、Si等元素含量超過(guò)我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，或氣孔、氧化物夾雜過(guò)多，都是導(dǎo) 致熱處理后模具開裂的主要緣由。（2）、熱處理操作工藝的問(wèn)題：淬火時(shí)，工件溫度、零件外形、是否準(zhǔn)時(shí)回火，都會(huì)導(dǎo)致零 件開裂。（3）、模具設(shè)計(jì)不合理。（4）、工人操作不當(dāng)。主要材料45#的熱處理工藝1）對(duì)熱處理設(shè)施及相應(yīng)設(shè)施進(jìn)行檢查。檢查循環(huán)水系統(tǒng)是否暢通無(wú)阻，箱體密封圈是否 完整，確認(rèn)到達(dá)要求后，按以下程序進(jìn)行操作。2）從動(dòng)力配電柜給井式滲碳爐送電。3）合上滲碳爐掌握柜空氣開關(guān)。4）設(shè)

9、定滲碳爐溫度（870）o5）翻開循環(huán)水系統(tǒng)。6）當(dāng)爐溫升至300時(shí)啟動(dòng)風(fēng)機(jī)。7）當(dāng)溫度升至780,滴入酒精進(jìn)行排氣，7090滴/分鐘。8）爐溫升至87010時(shí)，爐內(nèi)廢氣排盡，方可工件裝爐。9）裝爐后酒精滴入量120160滴/分鐘，快速排氣，廢氣排盡后改為7090滴/分鐘.10）爐溫升至8700c時(shí),勻溫0. 5小時(shí),關(guān)閉酒精。11）進(jìn)入強(qiáng)滲階段：煤油100150滴/分鐘,三乙醇氨4070滴/分鐘,壓力120210 mm水柱,強(qiáng)滲9小時(shí)，降溫至850。C進(jìn)入集中階段。 集中階段：煤油4080滴/分鐘,三乙醇氨5080滴/分鐘,壓力60120mm水柱。 集中時(shí)間為3小時(shí)。13）集中階段結(jié)束后，停止加熱，出爐淬火。14）工件全部出爐后，蓋上爐蓋，爐溫自然降溫至100C時(shí)，關(guān)閉循環(huán)水.15）附碳氮共滲工藝圖，如圖2所示。850集中階段3小時(shí)時(shí)間870 強(qiáng)滲階段9小時(shí)圖2 45#鋼碳氮共滲工藝圖執(zhí)行此工藝之后，模具的硬度到達(dá)了 60HRC以上，耐磨性和抗斷裂性能都有很大提高, 明顯提高了模具的壽命。3、結(jié)論滲碳淬火在模具制造、機(jī)械制造等很多行業(yè)起到了特別重要的作用。長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中 采納的碳氮共滲一淬火（淬火介質(zhì)是鹽