气体热扩渗技术的发展现状

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1、表面工程作业机械与汽车工程学院机械09——2学号：200901011084姓名：李辉气体热扩渗技的研究综述前言气体热扩渗是应用较广泛的一种化学热处理方法。但是，随着对气体热扩渗机理研究和生产应用实践的深化，近几年来在常规气体热扩渗工艺的改进、新工艺的发展以及拓宽热扩渗工艺的应用领域等方面，都取得了新的进展。本文综述这方面的主要成果。气体热扩渗是把工件置于含有渗剂原子的气体介质中加热到有利于渗剂原子在基体中产生显著扩散的温度。使工件表面获得该渗剂元素的工艺过程。产生活性原子气体的渗剂可以是气体、液体、固体。但在扩渗炉内都成为气体

2、；在气体热扩渗过程中，渗剂可以不断补充更新，使活性原子的供给、吸收和内部扩散的过程持续维持：可以随时调整炉内气氛，实现可控热扩渗[1]。气体热扩渗包括气体渗碳、气体渗氮、气体碳氮共渗和气体氮碳共渗。一．目前研究应用现状1.气体渗碳的发展现状近几年国内气体渗碳技术发展很快。为了提高零件的质量，使产品进入国际市场，国内许多企业引进了国外的先进设备和先进工艺。同时，国内一些大专院校和科研单位也对渗碳设备和渗碳工艺进行了研制和创新。这使得国内气体渗碳处理技术处在一个非常活跃的时期，新成果、新经验、新工艺不断出现，对产品质量的提高，起了

3、巨大的推动作用[2]。1.1广泛使用先进的渗碳设备先进的渗碳设备普遍采用微机按输入的预定程序，对渗碳过程自动控制，从设备的类型看主要是两大类，一是连续生产线，二是大型井式渗碳炉。这些设备大部分是从国外购进的，也有一部分是国产的。先进的渗碳设备的特点是技术先进、气氛可控、性能稳定、质量可靠、机械化自动程度高，体现了生产发展水平。1.2合理选择渗碳用钢现在世界各国正从微观上研究提高渗碳钢使用的合理性。从渗碳用钢角度来看，主要是钢的含碳量和合金元素的含量这两个方面。有研究表明，为了获得最高的弯曲抗力和疲劳极限以及合理的应力分布，钢的

4、含碳量(指未渗碳前钢的原始含碳量)不能高于0.25%C。最近由于对材料内氧化机理的研究，人们认识到内氧化是影响渗碳零件寿命的一个重要因素，法国已把内氧化作为渗碳质量检验的一项内容。这里讲的内氧化是指在渗碳过程中，氧原子扩散到零件内部，与某些合金元素形成氧化物。易形成氧化物的合金元素有Mn、Cr、Ti、B等，难于形成氧化物的合金元素有Ni、Mo等。大家都已经了解，Cr、Ni共同使用能提高材料的综合性能[3]。1.3稀土在渗碳钢上的应用目前很多单位在研究稀土元素对渗碳钢组织和性能的影响。综合起来讲，稀土元素能细化奥氏体晶粒。1.4

5、真空渗碳在真空炉中进行的渗碳是一种高温气体渗碳工艺，由于渗碳是在真空高温状态下进行，因此具有净化零件表面，金相组织均匀，消除渗碳过程中内氧化等优点，并且渗碳时间比一般渗碳时间缩短一半。1.5离子渗碳离子渗碳过程简述如下，零件在真空炉中被加热到920℃，然后导入丙烷或丙烯，并在零件上加以10KV/cm的电场，使炉内气体发生辉光放电，产生碳离子，碳离子向零件表面轰击引起碳原子向零件内部的扩散。离子渗碳具有渗碳速度快、渗碳质量易控制、不产生内氧化等优点。1.6中温气体渗碳为了减少零件的变形、延长设备的使用寿命、提高生产率，国内许多厂

6、家研制并开始使用中温气体渗碳工艺。所谓的中温气体渗碳工艺是在催渗剂的作用，渗碳过程在860~900℃温度下完成。其工艺具有渗碳组织细小，淬火变形小、节约电能、延长设备使用寿命等优点。陕西机械学院研制成功的《微氮中温渗碳技术》已获国家专利。第二汽车制造厂模具分厂已把这项技术应用生产，收到了较好的经济效益[4]。其实稀土渗碳工艺也是中温渗碳技术。2.气体渗氮的发展现状近年来，由于气体渗氮温度低、变形小、工序少等诸多优点，在精密齿轮的制造中，渗氮处理已逐渐取代了传统的气体渗碳淬火处理[5]。现今发展起来的有快速深层渗氮工艺，在快速深

7、层渗氮工艺利用稀土催渗，快速渗氮新技术包括表面预氧化，表面预变形，表面纳米化预处理，激光表面氮化及其他新技术。各种快速渗氮技术都能在一定程度上提高渗氮速度。渗氮优化工艺能在20h以内使渗氮层厚度达0.8mm，较普通渗氮时间缩短了2/3；若能将不同的优化渗氮工艺的方法与各种新技术相结合，那么一定能进一步缩短渗氮时间，增加渗氮层的厚度。若能进一步缩短深层渗氮的时间，那么将大大降低精密齿轮的加工成本，提高经济效益，为齿轮加工业的发展创造更广阔的前景[6-7]。3.气体碳氮共渗发展现状气体碳氮共渗是在20世纪60年代被大量研究，70年

8、代得到广泛使用的一项传统热处理技术。该技术由于氮的渗入使钢的临界点(A1、A3)下移，可以适当降低淬火温度，提供了进一步减少淬火变形的可能。氮的渗入还使淬透性增加，所以除合金钢外，碳素钢也可以实施碳氮共渗及油淬处理，从而提高硬度和表面耐磨性,这两个特点也正是该技术被广泛应用的