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[转帖] 渗碳处理技术

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发表于 2007-1-8 06:34:17 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自: 中国河北沧州

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渗碳硬化乃表面硬化法之一种,属於化学表面硬化法。渗碳者先於钢之表面產生初生态之碳,而后使之渗入钢之表面层,逐渐扩散入内部。初生态之碳乃由COCH4等气体分解而得。CO之来源或由含有CO之气体得之,或由固体渗碳剂之反应而產生於渗碳容器内,或者由含有氰化物之盐浴得之。初生态之碳由钢之表面扩散入内部时,钢之温度须增高至沃斯田铁化温层范围内,使初生态之碳埂於扩散,盖沃斯田铁可溶解较多之〞C〞而肥粒铁则溶解力极小,故渗碳温度必须在Ac3要以上之温度。以便渗碳作用得以进行。再配合各种热处理法,使得钢之去面生成高碳硬化心部低碳之低硬度层。使处理供具有表面硬而耐磨,心部韧而耐衝击之性质。
  Q- X# o( e0 N! @  A) O一、渗碳处理之种类与特点:
; D5 }# I2 @" H! O# ^(一)渗碳法之种类
7 v) r/ e  j8 R- {+ Z/ {* h& E渗碳法按使用之渗碳剂而可分為如下三大类: , \" e9 ^% J. a
1    固体渗碳法:以木炭為主剂的渗碳法。
5 e* o  l) _: T- E/ h7 U2    液体渗碳法:以氰化钠(NaCN)為主剂之渗碳法。
; |) T2 }4 B! e) W/ H1 |* G3    气体渗碳法:以天然气、丙烷、丁烷等气体為主剂的渗碳法。
- p2 S# ^8 ^: r, }
(二)渗碳法之比较
8 m: P& l5 C, |# n4 s- V     1)固体渗碳法
; t8 @( a+ j, v, x! C长处:" m, a9 N6 e! K) }( O7 a9 o
a)设备费便宜,操作简单,不需高度技术。# Q; F* C  K! u2 j% f$ K
b)加热用热源,可用电气、瓦斯、燃料油。
9 a$ r+ S( |$ o1 w' h9 l% w( |c)大小工件均适,尤其对大形或需原渗碳层者有利。, J3 Q, h4 M0 [2 j2 ]4 _
d)适合多种少量生產。

! t* z6 K% M; f, E8 G$ A        短处:
, }3 |  ~  S- y9 {6 H! Za)渗碳深度及表面碳浓度不易正确调节,有过剩渗碳的倾向。处理件变形大。" r& J9 I1 D: W$ ^* C5 w
b)渗碳终了时,不易直接淬火,需再加热。) v# U* L; T  I6 B7 \
c)作业环境不良,作业人员多。
/ |. i% U% w  u( M. z: O
    2)液体渗碳法 . \) \, t' k. _
长处:& o  f4 y- q: C1 Z- O: s
a)适中小量生產。设备费便宜。不需高度技术。
% O- D  l) V# c2 ]7 kb)容易均热、急速加热,可直接淬火。; a9 T4 y0 M; s* x$ A2 W: A; {
c)适小件、薄渗碳层处理件。
9 o) \7 _& T  n" H) U) ^d)渗碳均匀,表面光辉状态。
/ y0 e8 Z# ?. A! [
短处:
% b2 q3 p: a% Y+ Ca)不适於大形处理件的深渗碳。
# B, H4 s4 [8 F& Q) w1 w' ?b)盐浴组成易变动,管理上麻烦。
3 t  t6 Q. y5 t4 lc)有毒、排气或公害问题应有对策。
' e8 |3 e. t" ]d)处理后,表面附著盐类不易洗净,易生锈。
. i  v" {$ v. O) z. De)难以防止渗碳。有喷溅危险。
. A3 j- {7 Y% E; h3 l1 ^- R
     3)气体渗碳法
: {* D$ ~" M# v: _0 N长处:6 J/ O7 R$ j& r- G
a)适於大量生產。
$ x4 Q  m0 ]; A' k' e: }2 ib)表面碳浓度可以调节。
2 y2 H' G/ ^' D# {8 \4 T( pc)瓦斯流量、温度、时间容易自动化,容易管理。
1 Y7 Q: l, @- C& z
短处:- O* V7 r- x8 F6 I/ G& |
a)设备费昂贵。2 }/ P$ ^0 j- P5 {, G
b)处理量少时成本高。9 d6 f, O2 p% v
c)需要专门作业知识。
* P; a/ C* v6 n' q8 o" a# a% F
二、固体渗碳法: * r# L' V7 q: z2 H. U$ `
将表面渗碳钢作成的工件,连同渗碳剂装入渗碳箱而密闭,装入加热炉,加热成沃斯田铁状态,使碳从钢表面侵入而扩散,处理一定时间后,连同渗碳箱冷却,只取出渗碳处理工件,进行一次淬火、二次淬火、施行回火。 4 B  f. g4 a' D/ X
此固体渗碳在渗碳法中歷史最老,不适於连续处理大量工件,作业环境不良,已有衰退倾向,不过炉及其他设备也较简单,多种少量的处理也较方便,不至於完全绝跡。
7 k- a' \# x2 U. ]9 H- ]固体渗碳的渗碳机构以气体渗碳為基础,亦即箱内的固体渗碳剂与箱内空气中的氧反应,成為二氧化碳(CO2),CO2再与碳反应,生成一氧化碳(CO)。  1 H  @: y  N: P7 i
        C + O2 = CO2                              1
( {2 [  r) P. f( ?# u. c* B8 Q        C + CO2 = 2 CO                          2 3 L3 S8 p8 ^; ]6 t; K( {$ [) N
      CO在钢表面分解,析出碳〔C〕。 " A4 q, I7 c1 E) |. ~* ~
        2 CO =C+ CO2                           3 6 ^0 R% U2 m1 q- @/ |
    C〕异於普通的碳,此种在钢表面分解的原子状碳(atomic Carbon)即称為活性碳或初生态碳(nascent Carbon)的活性强的碳,本讲义表成〔C〕;另一方面,钢材表面副生的CO2再在固体渗碳剂表面依(2)式生成CO,依(3)式分解而析出〔C〕,此反应连续反覆进行,碳从钢材表面侵入扩散,而渗碳。 ) s* J9 B" J/ g+ ?$ N1 R- v* q, y
  前述反应与铁(Fe)组合成渗碳反应。
; ?$ ?( A) C7 n5 y        Fe + 2 CO = {  Fe - C  }+ CO2       4
/ a9 p% w7 K$ m5 E. T渗碳用之碳素,如以渗碳性之强度顺序列之,可排如木炭、焦炭、石墨、骨炭。通常使用木炭為主剂,再添加若干渗碳促进剂。一般以硷金属的碳酸盐為促进剂,碳酸盐中的碳酸鋰(LiCO3)、碳酸鍶(Sr CO3)、碳酸钾(K CO3)、的促进能大,但昂贵,工业上採用碳酸钡(Ba CO3)、碳酸钠(Na2 CO3)為多。虽促进能不如,但有耐久性,Na2 CO3快劣化,所以通常木炭加Ba CO32030%,或再加10%以下的Na2 CO3為渗碳剂。
1 a+ ?5 Z1 l$ Y2 \固体渗碳处理程序下:
9 ?; H0 `! E7 h( R! D$ Q5 y    先将处理工件去锈,脱脂以适当的间隔(2025㎜以上)排列於渗碳箱中,周围填围渗碳剂,加盖以粘土封密装入如图五之电气炉,坑式炉也可用。加热保持一定时间。
7 T+ _( x( I5 J1 @+ e$ E4 u    在炉中经过所定后,在炉内徐冷或者由炉中拖出空冷,后进行热处理。
3 o$ y, L' c8 y渗碳钢的表面為高碳钢,心部為低碳钢,有必要施行适用各部份的硬化处理,一般籍一次淬火将心部组织微细化,其次藉二次淬火将渗碳层硬化,最后藉回火使硬化层的组织安定化。
' {) s9 F) J' Z7 y2 n7 G% [    但依钢材的种类及使用目的而有适当的热处理,镍铬钢、镍铬鉬钢等的结晶粒粗大化少,未必要一次淬火,渗碳后实施球状化退火者已达一次淬火的目的,亦无此必要;一次淬火的淬火温度高,变形大,容易脆裂,要尽量避免;渗碳层浅的小工件通常省略一次淬火。 ; u! v( H! q- X0 ^- }: W. t
二次淬火后,施行回火,消除应力,赋予韧性、分解残留沃斯田铁,防止时效变形,要求高硬度者在150℃以下长时回火,忌讳时效变形者,可在稍高的180200℃回火。
 楼主| 发表于 2007-1-8 06:38:19 | 显示全部楼层 来自: 中国河北沧州
三、液体渗碳法:     液体渗碳法為将工作件浸渍於盐浴中行渗碳之方法。因盐浴之淬火性良好,因此可减少工作件之变形,并可使处理件加热均匀。升温迅速,操作简便,便於多种少量的生產。尤其在同一炉,可同时处理不同渗碳深度的处理件。   x0 e5 a& P, c% O$ J' U4 T) m
    液体渗碳是以氰化钠(NaCN)為主成分,所以同时能渗碳亦能氰化,所以亦称為渗碳氮化(Carbonitriding),有时亦称為氰化法(Cyaniding)。处理温度约以700℃界,此温度以下以氮化為主,渗碳為辅,700℃以上则渗碳為主,氮化為辅,氮化之影响极低。一般工业上使用时,係以渗碳作用為主。
/ t4 j( P1 A" }7 C5 w8 J    液体渗碳法虽硬化层薄,但渗碳时间短,故内部应力较少,同时因CN同时惨入,所以耐磨性佳。
% U+ D: r) W* ], X    液体渗碳反应是利用氰化物(NaCN)分解,先在浴面与空气中的氧、水分、二氧化碳反应变成氰酸盐。
" U6 q, j6 S& P        2 NaCN + O2 = 2 NaCNO           1 0 ~" }1 N, A5 P9 V) \) G
        NaCN + CO2 = NaCNO + CO        2 ' z0 `! f/ c% p5 C
    氰酸盐在高温分解生成CON + ^9 U, u+ ]; s8 ?5 Z, j
       4 NaCNO = 2 NaCNO + Na2 CO3 + CO +2 N                 3
4 e# {" z4 H" q/ |+ h; G    在较低温时反应如下: % ^- F, N" W8 P/ _# s) c; p8 D
       5 NaCNO = 3 NaCNO + Na2 CO3 + CO2 + 2N                4 # B/ n, f6 ?0 W! J. |& `
    生成的CONFe反应而进行渗碳及氮化。 $ |& P. E$ r/ D7 l( V
       Fe + 2 CO = {  Fe - C  }+ CO2          5 / X; w- J+ ^  g
       Fe + N = {  Fe - C  }              6 1 X: Q! [7 u+ r
    一般用的渗碳剂是在中添加碳酸钠(Na2 CO3)、氯化钡(Ba Cl2)、氯化钠(Na Cl2)等,比起NaCN单盐,表面碳浓度低,扩散层增加,900℃时的碳浓度最高,这是由於钡盐的促进作用大,而且熔点变高,浴的粘性也增加,影响渗碳作用。
1 u4 ?- g; [  I3 ^# D    渗碳盐浴的容器通常使用软铁、镍铬钢、耐热钢,不过,氧化侵蚀很激烈,施行渗铝防锈法可延长寿命;容器形状宜是内容积大、表面积小、接触空气的面少,蒸发挥散量也少,但是容器的上部与下部渗碳力不同,所以要注意盐浴搅拌。 . ~( Q- O" ~( J, d) U$ K  X) }
    与渗碳处理的零件安装於适当的夹具,预热到200500℃后浸入盐中,尽量防止盐浴温度降低及热变形。
5 a/ t: M5 j5 @* v& T( {浴底堆积很多氧化物,处理品接触它时会变形,所以须预先调节夹具,使处理品与浴底之间有充分的餘裕。 ; [. P. s! J8 n6 a# D
    如前所述,NaCN会随熔融时间而劣化,渗碳能降低,所以作业中要定期分析CNCN不够时,添加指定的补给剂,保持渗碳能在前面所述的钢箔试验可简易试出渗碳能,因NaCN有吸湿性,若将含有水分的补给剂投入加热浴中,则会溅散,须利用炉的隔热壁乾燥。 % Y% g1 H6 Z% ]. b. \& \
    渗碳终了后可直接淬火,不过渗碳温度高时,可先浸入保持淬火温度的中性盐浴中,然后淬火。表6-1為各种淬火方法之比较。 6 a2 A6 A" ^) k0 y+ @
    回火係去除淬火时发生之残留应力。且将之部分之残留沃斯田铁变為麻田散铁。温度过高则硬度会降低,一般以150200℃為最适宜。       
4 G8 F- }1 D8 H" n. l6-1  液体渗碳后之淬火法 3 F  G6 q9 N$ y, z% k& Z3 J
                           
, b$ E4 M( ?6 E% d, gA         液体渗碳后冷却至室温,然后再加热至800℃淬火於水中。 液体渗碳后淬火於500600℃之浴中,然后速即加热至800℃淬火於水中。 ; \9 X7 a! q- V8 y' u0 B) i! G

. l: v( u8 L, iB      

; x9 c  ~5 Q8 R0 X(高合金钢)
% D6 b; Y: K8 P# x" i; o % t7 T" J% n# D( K
液体渗碳后冷却至室温,在650℃作中间退火,再加热至800℃后水冷。       
: {% R9 x* y  V+ } " r3 L: z$ v  w6 B# N# M/ g( e
C       二次淬火法CaseCorc之调质硬化。 液体渗碳后淬火於500600℃之热浴中再加热至900℃,然后再次淬火於500600℃之热浴中,最后再次加热至800℃后水淬火之。
! l! m, x% |1 q+ ~7 R+ `, ^
四、气体渗碳法: * k8 k- Z& a6 n( w
    气体渗碳,由於适合大量生產化,作业可以简化,品质管制容易算特点,目前最普遍被採用。此法有变成气体(或称发生气体)及滴注式之两种。 8 Y3 w# ~4 C4 a. L9 O3 y
    变成气体方式之方法是将碳化气体(C4H10C3H8CH4等)和空气相混合后送入变成炉(Gas generator),在炉内10001100℃之高温下,使碳化氢和空气反应而生成所谓变成气体(Converted Gas),由变成炉所生成的气体有各种称呼,本文方便上叫做变成气体。变成气体以COH2N2,為主成份,内含微量CO2H2OCH4,然后将此气体送进无外气洩入的加热炉内施行渗碳。渗碳时,因所需的渗碳浓度不同,在变成气体内添加适当量的C4H10C3H8CH4等以便调渗碳浓度。  ) a7 ^5 S8 M: o9 a  A; m( r! O$ I4 g
气体渗碳有关的反应如下所示:
/ }7 m+ \+ b4 ?' X        2CO =C+ CO2                                 1 4 |1 E9 N8 u+ f5 _1 `
        CO + H2 =C+ H2O                   2 4 P5 f9 c% \) C  q( m( X: ?4 f
        CH4 =C+ 2 H2                                   3
+ ]( Q& ^7 u$ T+ l        C2H6 =C+ CH4 + H2                      4 8 i0 q5 W1 e* M5 R  H, K
        C3H8 =C+ C2H6 + H2                    5
/ o6 e+ F% g% _    此处析出的碳為活性碳〔C〕,此碳渗入钢中扩散而渗碳。 ! B8 g7 b% W( X9 S( ?: e
    高级碳化氢以式(4)、(5)的反应依序分解,成為低级碳化氢,最后成為CH4,进行式(3)的分解,式(4)、(5)的分解速度比式(3)快。 1 ^# M3 j$ Q" l. ?1 f
    这些反应还会引起下示的副反应 7 g/ S* E$ @+ X% H/ r
        H2 + CO2 = CO + H2O                     6 ; [! e: Z/ a& s1 m
        CH4 + CO2 = 2CO + 2 H2                      7
" J8 Q7 \4 R+ Z& Q  j2 [; N% d) k        CH4 + H2O = CO + 3 H2                        8 & b% A; ^- C  D: d3 Y7 `$ U
    以上為气体渗碳的基本反应。 - j- ?8 S/ ?5 \+ Q
    进行气体渗碳时,需要前述的气体变成炉、处理炉及其他附属设备,都属於气密式炉体,炉内有风扇使渗碳及温度均匀化。 8 r8 E7 J0 M) Z$ l6 J
    在变成炉变成的渗碳性气体,以对应於处理目的的气体组成或露点的气体导入处理炉。
4 E) Y5 b- Y( u. R  g( e: X    此气体参与钢的渗碳,会副生CO2,减低渗碳性,為了从钢材表面除去CO2,有必要以某速度以上使渗碳性气体流动,调节气体流量,使炉内气体每1小时置换510次,又為了防止炉外的氧化性气体混入,炉内压力要保持稍高於1气体。 2 c  g. R' E6 C" A0 f
    取出、装入处理品之际,要实施火陷帘,防止空气混入,免得爆炸。 5 F1 W' l. u) Q" m3 L
    渗碳终了后进行淬火,不过渗碳温度当作淬火温度时太高的话,可降低气体的碳位,降低炉温,成為淬火适温后淬冷。
; G5 D+ O+ X5 z    淬火用油若不适当,则即使在炉内為光辉状态,淬入油中时也会氧化著色,达不到光辉处理的目的;淬火油阻害光辉性的因子有油的氧化、残留碳、硫量等油的性状或直接与组成有关者,或微量的水分及空气混入的活,也会降低光辉度。 ; x3 e$ f+ c9 F/ y6 b$ U. }4 O2 b
    气体渗碳后降低温度至800℃以后直接淬火於水或油中,此时若使用麻淬火之处理则可减少淬火变形,又气体渗碳后之组织,其表皮含碳浓度与芯部含碳量之间有显著之差异,所以渗碳后须施以扩散退火(900950℃),此后在800℃淬火之,淬火后必须在150180℃施以低温回火。
 楼主| 发表于 2007-1-8 06:39:20 | 显示全部楼层 来自: 中国河北沧州
渗碳后之热处理一般依渗碳温度而分為二种: 1    渗碳温度在钢件原含碳量之Ac3上方时,渗碳后中心部份之组织变成微细,表皮则為粗大,此时热处理只须将表皮之粗大晶粒处理成微细晶粒即可,故将渗碳后之钢件,加热至A1稍上方(780℃附近)淬火即可。
+ K( K" A, V9 Q& a' p6 W2    若渗碳温度在Ac3上方甚高温度处,则中心部晶粒亦成為粗大,此时须经二次热处理。
& R4 Q0 S; z# T1次淬火之目的在於使未被渗碳之心部组织微细化,即加热至Ac3上起沃斯田铁变态,而结晶粒刚微细化时淬火之,故温度较高。同时在此温度下,渗碳层之高碳部份的网状雪明碳铁可固熔於沃斯田铁,所以淬火后不再有网状雪明碳铁存在。
6 q, w& w( k% a5 |( v. O9 i" Q4 ^    但是此淬火温度,作為渗碳层之淬火温度未免过高,必须再一次在较低之温度作第二次淬火。此温度对於渗碳层而言,相当於A1Acm之间约760℃附近,故经第二次淬火之铲,渗碳表面层為麻田散铁,基地中有许多球状碳化物存在,故耐磨性高。 : i# {. @/ C3 R) }- g1 d
    回火係去除淬火时发生之残留应力,且将一部份之残留沃斯田铁变為麻田散铁。温度过高则硬度会降低,普通以150200℃為最适宜。 ' V" }3 a) z1 k( P, N; k. w. |3 t) |
    若须较高之硬度时,则宜在100170℃回火,若须韧性时,则宜在400℃以上,Ac1以下回火之,则得回火糙斑铁组织。
+ a, U. ?! |/ ]" j" p五、气体渗碳氮化法: $ x0 A8 t8 E& S
    气体渗碳氮化时,渗碳和渗氮作用同时行。气体渗碳用的气体渗碳用的气体用来產生渗碳作用,而N H3气体用產生渗氮作用。气体渗碳氮化温度為704900℃,其处理时间比气体渗碳法短,得较薄的硬化层,所得渗碳氮化结果类似於液体渗碳氮化所得者。
, l) a6 s# N1 v" G    处理层的硬化能,比由渗碳所得的渗碳层好,所以把渗碳氮化和淬火适当配合时,碳钢或低合金钢也可以得到十分安定的高硬度硬化层。由此法所得的硬化层深度為0.070.75㎜。淬火时可採用油淬火,有时可实施气体淬火来防止淬火变形而仍能得到高的表面硬度。 ; h% I1 [5 M! m
    渗碳氮化所使用的钢由以低碳构造用钢和低合金构造用钢為主,其主要目的是改善耐磨性。假如同时要满足耐荷重性和耐磨性,首先渗碳1.51.8㎜,其次实施渗碳氮化,然后加以油淬火。 + ]! I$ t$ a# ]  c! y; J
    气体渗碳氮化层因為含有N,其回火软化抵抗性大,所以回火温度要比气体渗碳淬火者高。通常回火於190210℃时,表面硬度為HRC58以上。
发表于 2007-1-11 23:17:01 | 显示全部楼层 来自: 中国广东珠海
我们厂一般使用渗碳后直接淬火较多!!
发表于 2007-1-12 10:21:02 | 显示全部楼层 来自: 中国江苏南京
像这样大篇幅的帖子,我建议尽量采用附件形式上传,以方便大家看阅!
发表于 2007-3-27 14:39:14 | 显示全部楼层 来自: 中国江西南昌

整理以上内容

我把楼主的内容整理一下,

渗碳处理技术.rar

12.83 KB, 下载次数: 17

发表于 2007-4-13 08:44:16 | 显示全部楼层 来自: 中国山西运城
我们厂一般使用渗碳后直接淬火较多!!
发表于 2007-4-30 22:40:46 | 显示全部楼层 来自: 中国河南洛阳
我觉得楼主讲的是一般的知识,一般热处理书上都有,我上学时就学过.
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