QQ登录

只需一步,快速开始

登录 | 注册 | 找回密码

三维网

 找回密码
 注册

QQ登录

只需一步,快速开始

展开

通知     

全站
9天前
查看: 2409|回复: 7
收起左侧

[转帖] 渗碳处理技术

 关闭 [复制链接]
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

马上注册,结识高手,享用更多资源,轻松玩转三维网社区。

您需要 登录 才可以下载或查看,没有帐号?注册

x
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。
  b2 _  z, S( Q一、渗碳处理之种类与特点:
8 ~& m- T( u  r5 n(一)渗碳法之种类 6 a8 e4 S  x! P! o/ N
渗碳法按使用之渗碳剂而可分為如下三大类:
. V' w0 t( q# j! e7 c1    固体渗碳法:以木炭為主剂的渗碳法。7 Y2 V7 s& i0 p) e, I
2    液体渗碳法:以氰化钠(NaCN)為主剂之渗碳法。& u; D" Z! @  h7 S
3    气体渗碳法:以天然气、丙烷、丁烷等气体為主剂的渗碳法。

/ N  R' G) [( `3 N' _(二)渗碳法之比较 & ^9 Y$ N$ q3 d  @) j
     1)固体渗碳法
" `' r# H5 }: [7 H长处:
  e" @% s, a2 e& j6 v- S2 f. ea)设备费便宜,操作简单,不需高度技术。
8 r, C% w0 p4 [- rb)加热用热源,可用电气、瓦斯、燃料油。8 |( d2 P( p( ~% U+ ]9 e, i$ O4 b9 Q
c)大小工件均适,尤其对大形或需原渗碳层者有利。
7 |  a- E5 w; J1 Y: n+ D- m0 Pd)适合多种少量生產。
( ]2 W* Q( I1 z" c& Q
        短处: 3 H9 u( [  g6 r! [
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。" N( J- [" U9 o7 Q! u3 x* d
b)渗碳终了时,不易直接淬火,需再加热。  K1 v& l( H; |, a8 r
c)作业环境不良,作业人员多。

4 R+ O3 _) P8 @8 U. Y* ?" w% }7 ^    2)液体渗碳法 / `4 x( Y1 L8 @: N) p7 p$ n2 W
长处:5 U- x  y$ o* q3 b
a)适中小量生產。设备费便宜。不需高度技术。
! g4 m; m2 x& B6 S2 C. S7 g0 f! ]; Ab)容易均热、急速加热,可直接淬火。
# I( U9 S3 B( ]8 Xc)适小件、薄渗碳层处理件。
" I* v( _, [3 w/ Y: ld)渗碳均匀,表面光辉状态。

9 Z7 i  g8 y1 ~5 G* }短处:/ }7 L% |9 ?3 X+ Y# ?. W7 q
a)不适於大形处理件的深渗碳。2 d3 N/ d; I% l) Y. n: r
b)盐浴组成易变动,管理上麻烦。
, G( E# V0 {* u- y$ k$ mc)有毒、排气或公害问题应有对策。
, B' U6 d1 ?0 {# ?$ xd)处理后,表面附著盐类不易洗净,易生锈。
8 ]( z; h6 d0 f$ o4 |e)难以防止渗碳。有喷溅危险。
, P0 N9 ]! F1 l$ K) }$ h
     3)气体渗碳法 7 V: d, W% U, V+ O, b8 ]! |
长处:5 H' W! R+ v3 m/ ?9 y+ A
a)适於大量生產。
& Z0 G* w3 t/ W8 jb)表面碳浓度可以调节。& N1 J- g1 d* q7 C. M- p% A% Z
c)瓦斯流量、温度、时间容易自动化,容易管理。

: U- ]$ S' |: ?! G! [( z3 s. p8 P短处:, ~/ a8 O' I& h0 v5 G
a)设备费昂贵。
$ f8 ~! ~8 {% L( @$ ~" c: Zb)处理量少时成本高。7 f% K+ F3 A3 @$ z( Z: a
c)需要专门作业知识。
/ G4 J+ t* t* x3 q
二、固体渗碳法: & e* D9 ~# M$ D4 i% K5 i8 j5 V+ L
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。 5 X5 C. {. e& }* m' n' c
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。
5 p/ E7 [! f% E5 o" q8 ^  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)。  " w* Y+ O, N( g6 y  n$ @+ `5 V: x4 A
        C + O2 = CO2                              1
! U3 H/ ]- e# k1 b% G        C + CO2 = 2 CO                          2
( S) I" m0 g* j( y      CO在钢表面分解,析出碳〔C〕。
; H- K6 Q5 q& W$ N- U& A        2 CO =C+ CO2                           3 : R! W9 q2 w' c
    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。
7 _$ j! P! {: H" ^+ |8 r  前述反应与铁(Fe)组合成渗碳反应。 0 ]+ a* `& H9 |3 @4 |6 b
        Fe + 2 CO = {  Fe - C  }+ CO2       4
+ P5 I& R; u  s- j' X2 G( Y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。
! l) u5 g% ?* I- P7 {& G  Y固体渗碳处理程序下:
4 k3 D' m* g/ e, _! a6 w    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。 & K- n$ G' U9 F9 B  b
    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 ?8 ~  |% ]5 C6 H" ]: V
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。 9 n4 c: p  ^, B7 `# U9 d
    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。 % z- F( S* r0 K3 D
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。 : b/ L9 |9 o- ~, B# z$ e  k2 B; E
    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。 ) C" m4 k! n/ U
    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。 ! q. B. i7 r* V2 ^* W+ T( e; W/ C9 j
    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( y1 f* T* `9 H8 C- ^. e        2 NaCN + O2 = 2 NaCNO           1
( @- i- R- q7 `3 C7 h0 ], G" _        NaCN + CO2 = NaCNO + CO        2 0 _$ X3 l! \& ^$ T& T" ?
    氰酸盐在高温分解生成CON
% _+ @) |& A6 X( h  M$ s       4 NaCNO = 2 NaCNO + Na2 CO3 + CO +2 N                 3 * {$ M8 r# l* R1 z8 C9 W( M8 L
    在较低温时反应如下: 7 S7 J! s2 e7 B) r
       5 NaCNO = 3 NaCNO + Na2 CO3 + CO2 + 2N                4 ) O# I5 @4 t$ j
    生成的CONFe反应而进行渗碳及氮化。
& l) |- g( D  N+ g8 {9 m       Fe + 2 CO = {  Fe - C  }+ CO2          5 / `, d, L; z% @  I
       Fe + N = {  Fe - C  }              6
6 B2 t6 T; A; N- G    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 {" r6 C9 ?3 G& s* [
    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。 ( |! l- r' n* V* {6 W( b
    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。
3 l$ i2 x) C8 ?% J& a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。
+ J! A" o1 [$ a1 y) p/ i    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。 % ~- {! N; t% S4 [& g( U# W
    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。 1 {0 j4 c5 m; p; t+ R5 N( c
    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。        & C$ T/ ^  _9 Y" e' V6 F7 y* i9 H
6-1  液体渗碳后之淬火法 - b: ]) C+ S  p# d: I
                           
4 S( y4 e7 c! B, [, Y, |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。
- U. Q! e9 l; Y" j0 s " E5 R- d0 j3 K/ V! {
B      
9 m4 t# c: S4 q0 X
(高合金钢)
: j; w5 O- U+ j& p 
# }! B* ]3 X7 N 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。       
' ?% e+ M% P! v( g, u1 X , ~  v9 A1 R! F  k- I- |
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。

8 _  P6 D5 g1 L: O四、气体渗碳法: 2 _3 }) k$ K/ G
    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。
( x$ F6 ^! o. G    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。  
6 o4 a, A- v$ |2 t1 m气体渗碳有关的反应如下所示:
+ w: R" C9 ?7 b. K( ]        2CO =C+ CO2                                 1 . D8 v! E$ y' q/ i
        CO + H2 =C+ H2O                   2
2 b) T: e! Q- J" V        CH4 =C+ 2 H2                                   3 + |3 Q2 K. H1 F& \
        C2H6 =C+ CH4 + H2                      4
9 L+ |- e+ j& I4 t3 }        C3H8 =C+ C2H6 + H2                    5 * m6 s, D( e8 a* ^* f/ T* V8 Q
    此处析出的碳為活性碳〔C〕,此碳渗入钢中扩散而渗碳。
- e( d! D- y0 _- S    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。
  v' H  W4 `5 h. [* x+ n    这些反应还会引起下示的副反应
* c1 c2 h$ Q8 G) c9 m6 ^3 ]        H2 + CO2 = CO + H2O                     6
% ~' ]- \0 G. j: c1 z/ L* l        CH4 + CO2 = 2CO + 2 H2                      7 : s* j/ `& m1 q3 W+ J3 d
        CH4 + H2O = CO + 3 H2                        8
5 R$ A. `9 o8 Y& N& S    以上為气体渗碳的基本反应。
+ ?7 _% z2 Q/ i- l6 b' v    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 d1 _9 h- Q' N" t' p" G    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。 ; B  v2 ?4 M+ g
    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 H+ Y4 ]: w5 w: l3 P5 Q" b3 `) 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。
5 G4 W  [0 r) h; ]; V% u& h' 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。 5 o6 [6 y7 t: x) l; Y
    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。
3 K; h6 T9 Y4 T4 }    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。 + A# }( L: E# E
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。
+ r: b: j" S0 \* P4 Q, i1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。
' x, t  b6 J. Q# Q3 {' i4 P1 p    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。   `* L0 m) _5 r0 Z" I# z2 M! V
    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。 " M% m" Y( C7 I
    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。 / o5 n' M  h$ \' P9 C5 u
五、气体渗碳氮化法:
' O' ~- a- t0 v' Q- U  N    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。 ) g1 ~; Y/ p+ m4 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。
1 w# v3 _6 P+ D! F/ R% X    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。
" I8 a& H& ~# X6 m2 n    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.
发表回复
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

本版积分规则

Licensed Copyright © 2016-2020 http://www.3dportal.cn/ All Rights Reserved 京 ICP备13008828号

小黑屋|手机版|Archiver|三维网 ( 京ICP备2023026364号-1 )

快速回复 返回顶部 返回列表