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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。
! P# X: |$ T; O  X一、渗碳处理之种类与特点:
. ?6 t: F* w: t: o0 J(一)渗碳法之种类 0 B" M0 H) ?$ s) N- B
渗碳法按使用之渗碳剂而可分為如下三大类: : i6 E- J/ t9 w! _# V: O8 P
1    固体渗碳法:以木炭為主剂的渗碳法。
6 L+ \) A+ m! |2    液体渗碳法:以氰化钠(NaCN)為主剂之渗碳法。
0 Y+ J/ y" C7 Z- ~3    气体渗碳法:以天然气、丙烷、丁烷等气体為主剂的渗碳法。
" b% M9 I  L/ j* X1 L3 d
(二)渗碳法之比较 % [8 R% b; q3 L$ B  g9 `
     1)固体渗碳法   C' l; Z1 a+ I
长处:
8 m+ m4 m, S, s! g# r8 G2 j( h: j2 m! Da)设备费便宜,操作简单,不需高度技术。; A6 w$ \0 _* m
b)加热用热源,可用电气、瓦斯、燃料油。
3 c' W3 D( i. |7 ^. ic)大小工件均适,尤其对大形或需原渗碳层者有利。% h1 m" x8 }) M, U  }' [+ K8 w- N4 F
d)适合多种少量生產。
+ E; s0 a( {0 K0 m5 ]* H% S
        短处: - J8 K; S+ [3 t5 n; f
a)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。0 q: Y3 F6 d6 a
b)渗碳终了时,不易直接淬火,需再加热。
) P6 s* `: v. T6 w  mc)作业环境不良,作业人员多。

2 y  z$ N/ w$ F# s( x$ O    2)液体渗碳法 & D4 w- D( P. W$ R
长处:
! e1 a6 R$ v8 y/ o- {) `4 ma)适中小量生產。设备费便宜。不需高度技术。
, \/ D1 E+ o! d- Z$ db)容易均热、急速加热,可直接淬火。
' z/ F. f6 K! Kc)适小件、薄渗碳层处理件。
& Y. j) m1 D& z: Nd)渗碳均匀,表面光辉状态。
* l( f) r& v  K* R
短处:
; a9 r8 Y. ^2 ~* o, Xa)不适於大形处理件的深渗碳。
% ~4 n0 p' y7 ?4 P3 z6 d' Mb)盐浴组成易变动,管理上麻烦。% t7 \4 ]! K% l$ y* }
c)有毒、排气或公害问题应有对策。) ?& i' c! A5 y: O7 v0 c& z
d)处理后,表面附著盐类不易洗净,易生锈。
9 z$ `5 V! A3 X6 G+ `+ qe)难以防止渗碳。有喷溅危险。

5 B/ x. d1 n. k+ E; Q6 |     3)气体渗碳法 3 A7 h+ f- [' a" e6 F
长处:  _* D3 c& ]6 g6 f  r8 i+ x1 T" `
a)适於大量生產。
6 F3 ~! n6 E1 ~* C7 ?& [: C: q2 Q! Pb)表面碳浓度可以调节。
; k( {# p5 `3 ^+ Q6 E- R9 o0 N1 Cc)瓦斯流量、温度、时间容易自动化,容易管理。

) I  L- L/ k8 b( }短处:
1 B) y0 m- \9 oa)设备费昂贵。8 i' K/ s+ W# _
b)处理量少时成本高。
4 W# F. a3 [' ?* R# F* l" k1 m( ic)需要专门作业知识。

6 l, c$ V$ Y7 K8 F" j/ J二、固体渗碳法: 9 {+ k3 [1 `, ]$ 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。
( g0 \7 K& x  w$ w  T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。
" Q3 `" j( o4 f% f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)。  + T- K( O7 V" T' i
        C + O2 = CO2                              1 2 y+ O6 E9 j  x: j' S6 B4 ~
        C + CO2 = 2 CO                          2
$ d3 H7 u: G4 p# {6 z1 ^" z      CO在钢表面分解,析出碳〔C〕。
- b7 P9 r/ b+ x' b* i3 x0 E8 m7 d7 R7 o        2 CO =C+ CO2                           3 # P6 `7 d3 R7 G
    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。 ( @3 D. m# t  d9 M
  前述反应与铁(Fe)组合成渗碳反应。 ; ]& Z+ G/ e! c1 X5 }  e
        Fe + 2 CO = {  Fe - C  }+ CO2       4
# b' \# Z2 ?+ Q" U# r( |* ^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。
6 Z2 l( E, `) r; V固体渗碳处理程序下:
0 [) K( I: f9 B0 J/ H    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。 : d. J. D8 v6 Z. r- I% h2 w, 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。 / c$ G, Y% x; N' k
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。 . J5 N1 I8 s, x7 m: Y
    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。 - _7 M2 P* K0 M/ Q) h) N8 P2 W
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。 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CN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CON
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CONFe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200500℃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。 , 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150200℃為最适宜。        . H, g  @/ _9 P8 T+ f) r
6-1  液体渗碳后之淬火法
8 h6 V  _$ n4 F8 I$ Y' _                             5 r. h: |/ C- f) Q. P# o
A         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。
1 q+ s" ~1 p' m# C/ X0 `3 g! I: Q* d
/ _# Z2 b* }' U, iB      
+ 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。       
6 q* \! r4 p( X/ P7 ?
+ W7 l  ^$ h$ s. b: ZC       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。
, 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(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。  ! 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。 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(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。 ' x. L9 c$ ]. E  G: j2 G2 J, _
2    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。 / f7 U; T, P- i- M# G6 \( D
1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。 / [- @8 Q/ d# f5 L
    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。
" a! B  S0 R, Z" [) U6 s    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。 " U$ o' T' A4 ]3 d, S
    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。
2 ~1 a  S: j8 R: P0 m; y" |( Z9 U五、气体渗碳氮化法:
" f. e  c, F* E5 L1 y    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。
$ `/ k9 T* N+ ~/ V    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。 * [' R. }/ i3 o" H# p( v
    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。
# g# j! W; i. \- P7 R7 {- {    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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