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发表于 2007-1-8 06:38:19
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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。 9 @" B% }( |2 v9 n Q
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。
( Q; @- K. X$ i+ \0 @7 K% @ 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C、N同时惨入,所以耐磨性佳。
7 x3 B8 o/ d/ E7 Q+ P 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。 , H! P$ T& N. p, Y) }$ [! W
2 NaCN + O2 = 2 NaCNO (1) 3 u" T' |# N# c ?* ~$ H, R
NaCN + CO2 = NaCNO + CO (2)
' y& G: |. k) K6 S+ L6 B- d0 Y 氰酸盐在高温分解生成CO或N。
0 j4 U1 [, @9 [% W 4 NaCNO = 2 NaCNO + Na2 CO3 + CO +2 N (3) 2 N$ n9 H5 A0 P; G1 q+ f# ?, H' y
在较低温时反应如下: 2 t( x5 R; F! J2 x; P
5 NaCNO = 3 NaCNO + Na2 CO3 + CO2 + 2N (4) & M. Q9 x- k0 F6 c8 k' f5 h
生成的CO及N与Fe反应而进行渗碳及氮化。
$ X2 J! x% H. E3 ~3 Q u Fe + 2 CO = { Fe - C }+ CO2 (5)
5 M% Q. R/ q& _9 e- V# e Fe + N = { Fe - C } (6)
) Q5 l1 T/ f4 p! \/ ^! i% l/ u6 c 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。 6 O ?) L, e l! {4 g$ e
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。
4 k/ V( C _& _% u1 L5 A% C 与渗碳处理的零件安装於适当的夹具,预热到200~500℃后浸入盐中,尽量防止盐浴温度降低及热变形。
5 s/ ?( |/ I4 j# m8 m- [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。 ' C8 @- L4 E$ z9 f
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CN,CN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。 , r5 U+ Y" q" l9 a5 L# B. H5 m$ J
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。 + L, a; F: F: e
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150~200℃為最适宜。 . H, g @/ _9 P8 T+ f) r
表6-1 液体渗碳后之淬火法
8 h6 V _$ n4 F8 I$ Y' _ 旧 方 法 新 方 法5 r. h: |/ C- f) Q. P# o
A 法 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500~600℃之浴中,然后速即加热至800℃淬火於水中。
1 q+ s" ~1 p' m# C/ X0 `3 g! I: Q* d
/ _# Z2 b* }' U, iB 法 + t7 w$ b9 i+ E2 p- p* M* `( d [0 V9 u
(高合金钢)
6 K: _. ]7 V+ v4 C- N
# Y' `6 G3 T$ j 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。 同 上
6 q* \! r4 p( X/ P7 ?
+ W7 l ^$ h$ s. b: ZC 法 二次淬火法Case,Corc之调质硬化。 液体渗碳后淬火於500~600℃之热浴中再加热至900℃,然后再次淬火於500~600℃之热浴中,最后再次加热至800℃后水淬火之。 , F' X% U, g& x2 ~+ N* v( o; K
四、气体渗碳法: ! i- r. h; g9 n9 s/ r* p
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。 % ?( H5 J1 m- w2 [- S
变成气体方式之方法是将碳化气体(C4H10,C3H8,CH4等)和空气相混合后送入变成炉(Gas generator),在炉内1000~1100℃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CO、H2、N2,為主成份,内含微量CO2、H2O、CH4,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C4H10、C3H8、CH4等以便调渗碳浓度。 ! F$ \% L: b! S4 k
气体渗碳有关的反应如下所示: 7 _# }8 i9 p$ D5 O6 P9 o1 O
2CO =〔C〕+ CO2 (1) + T1 Q- w$ W7 Q6 {6 T) L' J+ k
CO + H2 =〔C〕+ H2O (2) - x! s4 Z/ q% u6 n
CH4 =〔C〕+ 2 H2 (3) $ R" k* L' G; m5 S. x$ T
C2H6 =〔C〕+ CH4 + H2 (4) 5 E" N; j% b+ T$ `" H8 k, @
C3H8 =〔C〕+ C2H6 + H2 (5) " s: p* H2 b8 ~8 l4 i1 G2 K! q4 q. b( ?
此处析出的碳為活性碳〔C〕,此碳渗入钢中扩散而渗碳。
( {. f5 v0 b% Z* [! T, F 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。 - e5 D2 S- k, |( w; E, p0 G6 A
这些反应还会引起下示的副反应
7 _% s/ r6 `3 x& ^* T H2 + CO2 = CO + H2O (6) 3 N) K7 \$ X* {3 D" m+ L
CH4 + CO2 = 2CO + 2 H2 (7) 6 Y; i/ G6 e' _$ x7 w4 g6 }
CH4 + H2O = CO + 3 H2 (8) 7 ~% q; ~! F+ P- p+ M$ U' s
以上為气体渗碳的基本反应。 3 W" q4 O0 x$ P- y( N1 u: [
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。 " y+ \# h; o3 U& G% X1 l0 M* y, |
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。
: w) a# w. L9 p) `9 L% ] 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5~10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。 9 k+ a( K/ W* m k1 Q2 _; _. N/ h
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。 1 g& B4 @! R0 ~, O. N [
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。
" h* }- d* m0 x, k. z; i7 G 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。
& Z1 ^) b+ S5 d" p- ?' r 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(900~950℃),此后在800℃淬火之,淬火后必须在150~180℃施以低温回火。 |
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