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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。 6 Y2 Q* U* d5 v: {% \4 W( V' H
一、渗碳处理之种类与特点: . V1 I4 ^0 ?* w: D! a. A& @: z
(一)渗碳法之种类
7 I' s$ e8 R" g2 s, \渗碳法按使用之渗碳剂而可分為如下三大类:
# u, i6 w! _: F' P1 F1    固体渗碳法:以木炭為主剂的渗碳法。
' f, S8 c4 e1 ]& p. C2    液体渗碳法:以氰化钠(NaCN)為主剂之渗碳法。4 D3 l7 V3 w, d( _! F
3    气体渗碳法:以天然气、丙烷、丁烷等气体為主剂的渗碳法。
6 C1 j: }4 k8 N# E: O$ N/ [
(二)渗碳法之比较
' T- @9 X  J- ]8 B' }& B* S: a! h     1)固体渗碳法 7 U7 V" y8 u: V& C) K
长处:6 N# U4 {4 ]* \+ `$ `" s, W3 {
a)设备费便宜,操作简单,不需高度技术。$ j: J/ Z3 w/ c" t* m
b)加热用热源,可用电气、瓦斯、燃料油。
  J& t2 l$ K6 _  g  `5 Sc)大小工件均适,尤其对大形或需原渗碳层者有利。
. I) _# m( n3 z9 Q$ {' w/ _2 ^d)适合多种少量生產。

2 t- @+ p- J  w, f: n, s        短处: % x) l/ W' z4 N
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。
' T1 H( X2 j  sb)渗碳终了时,不易直接淬火,需再加热。5 B: x7 B1 Q  c/ u  d4 p" @1 s
c)作业环境不良,作业人员多。

; l" R: A8 c0 P    2)液体渗碳法
& I* K7 m2 \1 J* Y长处:- V+ v+ r# o7 d" z# f$ t/ X3 C
a)适中小量生產。设备费便宜。不需高度技术。+ o7 u* z! C3 I1 q9 D' M
b)容易均热、急速加热,可直接淬火。( Z9 I- j- ]( @6 o; Z. n
c)适小件、薄渗碳层处理件。
9 T( j$ K) z" M: ?- B+ ^- v( b( qd)渗碳均匀,表面光辉状态。

1 d/ e9 j% G; G- m8 r, n短处:
0 r+ P4 \. v; a7 sa)不适於大形处理件的深渗碳。
1 f3 S3 l! v1 |' sb)盐浴组成易变动,管理上麻烦。5 A8 N! X  ]; b% a
c)有毒、排气或公害问题应有对策。
. j, F4 A" I# j7 O  rd)处理后,表面附著盐类不易洗净,易生锈。
, b+ S& |! j7 ^- m! ]- te)难以防止渗碳。有喷溅危险。

: L6 R5 I. ]- h& f/ Q     3)气体渗碳法 7 |/ {, D/ k% @* X
长处:' U% R$ z7 O: r' C
a)适於大量生產。
1 U" V6 [/ v2 m, M( Fb)表面碳浓度可以调节。' ]0 g  u5 i6 @5 E! w
c)瓦斯流量、温度、时间容易自动化,容易管理。
+ X4 P% N# x2 R$ p& q; a' f9 ^
短处:
9 v8 @3 d! D$ ]+ J8 e; f' ~a)设备费昂贵。! b; ^: h, X' [0 C. S3 F
b)处理量少时成本高。
" q7 Z' N0 ~1 T/ X& w* qc)需要专门作业知识。

2 ]$ c$ T2 ^  g% @, e0 _二、固体渗碳法: 4 E; N$ B  c7 Z* W% A
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。
1 W! A% q. |& `8 q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。 , }9 j5 N& R$ S8 f, z
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)。  
" @0 U( u' T, y$ M  S3 ?( R% W! @% W        C + O2 = CO2                              1 & O" _9 G8 n, P  o  a" |
        C + CO2 = 2 CO                          2 . M; O0 U  i$ b8 Q
      CO在钢表面分解,析出碳〔C〕。
( l: [. D2 y1 f6 n  J8 G' Z        2 CO =C+ CO2                           3 . U+ c1 h" x- d+ A  Q' J2 y9 G' b
    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。 + A- @+ G+ ^* W" }
  前述反应与铁(Fe)组合成渗碳反应。 5 p6 ]# b" v8 m$ f* s
        Fe + 2 CO = {  Fe - C  }+ CO2       4 9 t& Q8 D. \  y: q+ p1 G; L; o+ K
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。 ' O3 i) l- n( ~" F# N' W
固体渗碳处理程序下: " O$ ]  R4 b1 M* b* L) U3 e( r9 x
    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。 - {8 I- s# j1 _/ m0 b1 M( R
    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。
! J6 {0 \& _) Z/ w3 C" \* E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。
/ |; J2 ~6 A  Y. G4 b    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。
. O; Y9 V2 V3 N* w1 V- V8 Z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。 5 c& T. z6 P0 u0 h3 [, X
    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。
6 U# Z8 G5 R9 z    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。
& {& t. ~7 Q5 ^, Y+ |0 S: 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。
  K8 t0 u- r6 u        2 NaCN + O2 = 2 NaCNO           1
7 x* `3 w' R5 [2 f+ a        NaCN + CO2 = NaCNO + CO        2 # ~9 W% `- j! p1 y  K7 S/ o# v1 E
    氰酸盐在高温分解生成CON 5 L/ u4 G% Y8 t' f$ F7 v/ ~$ A
       4 NaCNO = 2 NaCNO + Na2 CO3 + CO +2 N                 3 % M8 S# b# F& z
    在较低温时反应如下:
. ~. M* S6 \& h0 R8 y       5 NaCNO = 3 NaCNO + Na2 CO3 + CO2 + 2N                4 ) {8 i4 r" v/ A, a, Z1 |+ K
    生成的CONFe反应而进行渗碳及氮化。 / A  U2 I- A) w( c9 `1 V# ?! T
       Fe + 2 CO = {  Fe - C  }+ CO2          5 $ h8 x5 A& y; F" o' s) M
       Fe + N = {  Fe - C  }              6 9 g1 t) E% l. p3 z' x% `# i
    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。 0 U$ J# Y9 u2 }8 D. k8 X
    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。
' C6 [9 \  K5 `: Q* u9 k! G8 [: {    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。
9 @: g- W+ n3 o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。 - q0 x6 [$ ^0 H& g9 a- b0 w
    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。
  J; z/ v9 r& Y$ N( H& \    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。
9 {- R( G  x4 j: S2 j    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。       
7 _5 i* O% ?# L' q9 N% i6-1  液体渗碳后之淬火法
+ v/ u( z5 R& ^4 x1 B5 v8 P" c                             - p  }7 ^* h6 \! L8 Z
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。
* q, G" u8 H4 b& a* c3 a8 |; j % z* Q+ k$ W3 j) t  z& c0 e" j
B      
& J( H9 ]! |# x+ D
(高合金钢)
8 V( v* w) X; I. W  N& A+ ~ . S% E# @* \$ X8 E
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。       . n: L* F2 [5 G5 X

2 ?' E9 u9 K! u8 xC       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。
- c. |: |" q" n
四、气体渗碳法: 5 k4 H+ R# H, Q
    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。
7 {( G$ Q9 ~) n+ H    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。  
* j! g8 x2 O0 P3 J  ~气体渗碳有关的反应如下所示: 6 A2 G7 I) \0 u6 J: A) f* ?% t
        2CO =C+ CO2                                 1
7 b) {/ M8 @5 X) O- C0 t1 P        CO + H2 =C+ H2O                   2 , i" B; f6 s2 h# ]4 r0 h
        CH4 =C+ 2 H2                                   3 " T7 {; z& v" I& q, G( R9 R) O
        C2H6 =C+ CH4 + H2                      4 ( [* s1 z# n4 [% g6 Z8 P
        C3H8 =C+ C2H6 + H2                    5 - _1 r5 i% g$ V0 \% u2 M
    此处析出的碳為活性碳〔C〕,此碳渗入钢中扩散而渗碳。
9 \% ]4 |5 }6 q0 M5 s! a    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。 : D  I  l- a) v) i
    这些反应还会引起下示的副反应 ' R7 J7 R8 r6 C' Y0 D3 T: \
        H2 + CO2 = CO + H2O                     6 3 z- c: N+ R1 J0 z, L- b
        CH4 + CO2 = 2CO + 2 H2                      7
' }5 L: ]3 R. V# r2 c( m# j  t        CH4 + H2O = CO + 3 H2                        8 ; o' {4 X, A2 f- Z" ?" W, M
    以上為气体渗碳的基本反应。 + `( U. K7 `  O4 h- d$ R
    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。 4 `. k& ^: a( R& }/ g. E. W2 T0 n, M
    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。
! [% |, ?( x! |( A6 @9 e    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。 7 x* w3 Q8 `$ O; f! P
    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。
# U: ]! w1 k& {( O# B    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。 , R1 C0 f# I/ D
    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。 % Y3 W1 F8 {3 P) o4 B* Z
    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。
  f: c9 Q$ M8 r! X2    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。 ; I2 d' V' t2 W( I2 }2 ^* C5 S3 b+ W
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。
0 D5 h( c0 {. A  ^, ?% k    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。 - j: N8 k/ f- g& w
    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。
8 s6 Q. T: D% d    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。
: l- _- w7 d' a+ W6 P# V; J五、气体渗碳氮化法:
& l( l) G+ K# G' N1 ^- @    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。 ! w# r6 m" Q# p, E
    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。 7 i1 y7 ]+ m4 F9 h, f
    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。 7 Z/ j3 X9 u, R% ^. f  f. t2 }
    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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