渗碳层

1 概述

低碳钢或低碳合金钢零件在880-9沁(.的具有一定渗碳气氛的炉内加热、保温一定时间,碳原子会渗入表层,在零件表面得到一定深度的渗碳层。获得渗碳层的方法、常用的为气体渗碳法、液体渗碳法和固体渗碳法。零件渗碳后,须经直接猝火或缓冷后重新加热粹火,使渗碳层和零件心部获得以马氏体为主的显微组织,再经低温050-ZOOC)回火后才能使用。经粹火、低温回火的渗碳层可显著提高零件表面的硬度、耐磨性、疲劳强度和接触疲劳强度,但零件的冲击韧性和断裂韧性降低。渗碳层主要用于那些要求表面具有高硬度和高耐磨性,而零件心部则要求高强度和高韧性的零件,例如发动机的齿轮和轴。

1.1牌号及名称渗碳层。

1.2 基本组成

零件渗碳后空冷(碳钢和低合金渗碳钢)或缓慢冷却(高合金渗碳钢)后,渗碳层显微组织自零件表面到心部依次为过共析层、共析层和亚共析层。滓火后,渗碳层组织由表到里则依次变为粒状碳化物十片状马氏体+残余奥氏体、片状马氏体十残余奥氏体和片状马氏体+板条马氏体十残余奥氏体。随深度的增加,亚共析层的片状马氏体和残余奥氏体量逐渐减少,板条马氏体蜇逐渐增多、零件心部的显微组织为板条马氏体十残余奥氏体。

1.3 材料标准

GB/T 9450 1988《钢件渗碳悴火有效硬化层深度的测定I)

GB/T9451-1988《钢件薄表面总硬化层深度或有效硬化层深度的测定II HB 5493 1991《航空钢制件渗碳、碳氮共渗渗层深度测定方法》

HB 5492--1991《航空钢制件渗碳碳氮共渗金相组织检验标准II

1. 4 使用工艺说明书

G)B 509A-1995《热处理工艺质景控制要求》

HB/Z 159-1990《航空用钢气体渗碳、碳氮共渗工艺说明书》


2 性能

2.I 物理及化学性能

2.2 力学性能

渗碳层的力学性能取决于表面碳含景、碳浓度梯度和悴火后渗层的显微组织。渗碳层的表面碳含量控制在o.8%-0. 9%比较合适,悴火后的硬度可达61-63HRC,零件的耐磨妇疲劳强度及抗接触疲劳强度均较高.表面碳含量过高,由于表面出现过多的残余奥氏体将使表面硬度和表面压应力都下降,因而使疲劳强度降低。一般希望渗层碳浓度梯度平缓。

一般认为残余奥氏体含量应小于15%.但是,也有试验表明,渗层中有25%-30%的残余奥氏体,反而有利于提高接触疲劳强度,这是由于残余奥氏体较软,势性较高,借助微区的塑性变形,可以弛豫局部应力,延缓裂纹的扩展。

渗碳层中碳化物的数量、大小、形状和分布,对渗碳层的性能有很大影响。一般认为表面粒状碳化物增多且弥散分布,将会提高表面耐磨性和接触疲劳强度。碳化物数量过多,特别是当它们呈网状分布或条块状时,将使冲击韧性、疲劳强度等性能变坏,应严加限制。

2.3 耐环境性能

2.4 工艺性能

2.4. 1 可加工性低i诙钢渗砅后缓慢冷却的渗碳层,其硬度比较低,,r进行车、铣,创等机械加工;低碳合金钢渗碳后穸冷或滓火态的渗碳层,硬度较混,机愤加工比较困难,进行650-700C的高温回火,可降低硬度,满足机悚加工的要求渗碳层的硬度无论的低均可进行磨削加工。

2. 4. 2 可成形性由于渗碳尺的含碳鼠高,硬度也点加之渗碳层较薄,其玲热成形性能都不好。

2-4. 3 日「连接性一般来说钢的含碳量愈低,其焊接性能愈好。由于渗碳层的含碳界大都是共析或过共析的高碳量,所以其焊接性能很L,

2.5 使用性能

渗碳层深度.特别是有效硬化层深度对渗碳零件的使用性能起着决定性的作用。

对低碳钢和某些低合金钢,如15、20、2oc,.有时渗碳层深度达到f要求,由于它们的猝透性太差,埣火后其有效硬化层深度远低于渗碳旯探度,大大降低零付的使用件能和使用寿命。对于1ZC,2Ni4A、

18Cc2沁WA等高滓透性钢,如果零件尺寸过大,也会出现有效硬化层深度过浅的缺陷。所以,零件设计时,不仅要根据所受负荷的种类和大小提出适当的渗碳层深度,还应合理地选用钢种,才能有效地保证零件使用性能。

渗碳零件的使用性能受渗碳层表面硬度的影响很大,渗碳后宁冷或重新加热悴火时渗碳层表面脱峡或是山于过高的表面碳含最导致残余奥氏体过多或是由于浒火冷速不够快或内氧化则易导致非马氏体组织的形成,都可能还成零件表面硬度偏低的严重缺陷。


3 使用工艺

3-1 渗碳层获得方法按产牛渗碳气氛的物质状态,渗碳方法可分为气体渗碳、液体渗碳、固体渗碳,离子渗碳、真窄渗碳和流态床渗碳等。几种渗碳方法的特点及应用范围见表3-1。

3.2 渗碳温度通常根据要求的渗层深度来确定,常用渗碳温度为920-950(,温度愈高,渗速愈快,渗层愈深,但温度过岛会引起奥氏体晶粒长大,降低零件的力学性能,增加笭件变形,降低设备使用寿命。当渗层深度(8)小于11,6mm时、温度可选880-1100('1若要求深层渗碳或缩短渗碳时间,可采用1030-1 050 C , 但必须采用细品粒钢或渗碳后再经细化品粒处理。

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3. 3 渗碳时间根据要求的渗层深度、渗碳温度、渗碳气氛的碳势、渗碳工艺方法、渗碳钢的化学成分等因素,用扩散方程式进行计算口近似计算多采用Harrs公式。

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3. 4 气氛碳势的测里和控制气体渗碳中,采用微划汁算机或智能仪表对气氛碳势、渗碳温度、渗碳时间等丁艺参数进行精确控制,甚辛.可对渗层深度和渗层的碳浓度分布进行动态模拟和仿真控制,称为可控渗碳。气氛碳势的测量力法可分为直接测量法.如热丝电阻法;间接测量法,如红外线气体分析法和氧探头法。

4 其他

4. I 包装渗碳零件的渗碳层经磨削或研磨达到零件技术要求后,应涂防锈油或用气相防锈纸包装,以免零件表面锈蚀。

4.2 运输渗碳层硬叩脆,极易碰裂甚至碰碎.因此,渗碳零件在运输过程中要轻拿轻放,零件最好放杆木托架上且相互隔开,若需长迩运输,则应该将零件和托架用塑料复合防潮纸或塑料薄膜包裹并装箱。

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