渗碳及渗碳层厚度的测定

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1、渗碳及渗碳层厚度的测定一、实验目的了解渗碳工艺及渗碳后热处理的组织特征。掌握金相法测定渗碳层厚度的方法。了解钢渗碳层厚度与渗碳温度和渗碳时间的关系。二、实验原理概述渗碳定义：渗碳是将钢件置于渗碳介质中，加热到单相奥氏体区，保温一定时间使碳原子渗入钢件表面层的热处理工艺。目的：经过渗碳处理的钢件在经过适当的淬火和回火处理后，可提高表面的硬度、耐磨性及疲劳强度，而心部则仍保持一定的强度和良好的塑性、韧性，主要用于受严重磨损和较大冲击载荷的零件。分类：按照渗碳介质的状态，可分为固体渗碳、液体渗碳和气体渗碳三种。二、实验原理概述渗碳后的热处理①直接淬火：渗碳后直接淬

2、火，工艺简单，生产效率高，成本低，脱碳倾向小。②一次淬火：在渗碳件冷却之后，重新加热到临界温度以上保温后淬火。③二次淬火：对于力学性能要求很高或本质粗晶粒钢，应采用二次淬火。二、实验原理概述图1渗碳后淬火回火工艺（a）直接淬火（b）一次淬火；（c）二次淬火二、实验原理概述渗碳及渗碳淬火后的金相组织①平衡状态的渗碳组织：钢件在高温(900-950℃)渗碳后，自渗碳温度缓慢冷却时，渗层中将发生与其碳浓度相对应的各种组织转变，得到平衡态的组织，即从工件表面层至心部，依次为过共析区、共析区、亚共析区以及心部原始组织的未渗碳区，如图2所示。二、实验原理概述图2低碳钢渗

3、碳后缓冷渗层组织二、实验原理概述过共析渗碳区：这是渗碳零件的最表层，其碳浓度最高，在一般正常的渗碳工艺条件下，这一区的含碳量约在0.8%-1.0%之间。共析渗碳区：紧接着过共析区的是共析渗碳区，这一层的含碳量约为0.77%。亚共析过渡区：自渗碳零件表面向心部延伸，紧接着共析渗碳区的是亚共析渗碳区。心部未渗碳区：此即渗碳零件原材料的组织区，对于低碳钢由铁素体和珠光体组成。二、实验原理概述②渗碳后淬火及回火组织零件渗碳淬火后，由于淬火工艺和材料等有差异而得到不同组织。但自零件表面至心部的基本组织仍为：马氏体+碳化物(少量)+残余奥氏体→马氏体+残余奥氏体→马氏体

4、→心部低碳马氏体(或屈氏体、索氏体+铁素体)。渗碳零件淬火后的组织通常应为：渗碳层中有适量的粒状碳化物均匀分布在隐针(或细针)状马氏体基体上，另有少量(<5%)残余奥氏体，心部为低碳马氏体或屈氏体与索氏体，不允许有过多的大块状铁素体。二、实验原理概述渗碳层厚度的测定渗碳过程是碳原子在中的扩散过程，根据扩散第二定律，如炉内的碳势一定，则渗碳层厚度与渗碳时间有如下关系：二、实验原理概述测量渗碳层厚度可用显微硬度法和金相法。本实验采用金相法，即在显微镜下通过测微目镜测量。渗碳层的厚度是从表面量到刚出现钢材的原始组织为止。三、实验设备及材料井式渗碳炉金相显微镜目镜测

5、微尺直尺表面微氏硬度计冷却剂（水、10号机油）等20钢、20CrMnTi钢试样。四、实验步骤与方法渗碳处理：每班分为两个大组。其中一组学生将20钢试样进行渗碳处理，然后分别进行直接淬火、一次淬火、二次淬火，统一进行180℃回火，分别测定回火后试样的硬度。另一组将20CrMnTi钢试样分别做渗碳温度为880℃和930℃，渗碳时间为0.5、1、2、4、8h的渗碳处理。按照金相试样的方法来制备试样。为了防止边缘倒角，须用试样夹。用金相显微镜分别观察试样渗碳后的显微组织，并用测微尺测定其渗碳层厚度。五、实验报告要求简述实验目的与实验过程。画出一定渗碳温度下的渗碳层厚

6、度与渗碳时间的曲线，并分析讨论实验结果。比较用显微硬度法和金相法测得的渗碳层厚度。END!