碳氮共渗技术的研究与应用.pdf

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1、万方数据栏目主持李年★．。．，碳氮共渗，、I；≯拗㈧i盘丝堡技术的研究与应用大连亚明汽车部件股份有限公司(辽宁116041)付继业皮志勇于淑珍【摘要】本文对碳氮共渗技术进行了研究与应用，并对其机理进行了分析。通过将工件在炉内共渗对碳势和氮势设定，从而降低渗碳温度，增强工件表面对活性碳、氮原子的物理和化学吸附作用，提高碳原子扩散系数和扩散速度，在短时间内提高工件的渗碳速度，减轻了工件的畸变。改善渗层的碳浓度梯度，使渗层碳浓度变得平缓，淬火后获得良好的硬度梯度和金相组织，提高产品的内在质量和使用寿命。汽车零部件如加速踏板支架的杠杆销子及举升门的铰链轴，

2、可通过碳氮共渗来提高其耐磨性、强度及疲劳极限，以充分发挥材料的潜在性能。传统的气体渗碳技术只是单纯的渗碳．该技术的不足是零件在渗碳期温度高，渗速低，畸变大，且始终处于高碳势状态，表面极易堆积大鼍的活性碳原子，影响渗碳和渗层浓度梯度分布，虽经扩散阶段扩散，但工件难以获得良好的渗碳速度和渗层浓度梯度分布。本文通过实践、研究和分析碳氮原子在渗层内传递和扩散规律，开发了一种高温碳氮共渗新技术。该技术的关键是将零件在渗碳内用很短的时间就能得到很薄的碳氮共渗层，工件经淬火后能够获得良好的金相组织。渗层中分布着碳氮的化合物，提高了工件的内在质量，进而提高了工件的

3、性能和使用寿命。1．试验方法试验采用加速踏板支架及杠杆总成的加速杠杆销子(见图1)，材料牌号Y12，符合GB5216规定。每个工件质量0．005kg，每炉4000件。产品技术要求：有效硬化层深度0．076～0．25ram，表面硬度664—766HV，心部硬度30—35HRC，金相组织符合QC／T262--1999金相渗层碳标准。设备为RQ2—5qD滴注式气体渗碳炉。渗碳剂为乙醇和煤油，用乙醇和尿素制成饱和溶液，重量配比为20：1，其中乙醇为稀释剂，渗碳时滴量为160—180滴／min。煤油为富化气，渗碳时滴量为160—180滴／rain；渗碳温度(

4、880-I-10)℃。杠杆销子碳氮共渗工艺曲线如图2所示。9002750籍500250直线滚花图1加速杠杆销子880±10／j＼水淬7，排气强渗‘f升温40mill40min时间／mm800一一160～160℃乙孵和昧素160℃180℃饱和溶液O160～180煤油(滴／rain)0．7％1．1％碳势O．5％氦势图2杠杆销子碳氮共渗工艺曲线2．试验结果表1为传统气体渗碳T艺试验结果。表2为碳氮共渗工艺试验结果。图3为碳氮共渗工艺碳氮化合物、马氏体及残留奥氏体金相组织。通过试验结果可以看出，传统气体渗碳工艺碳化物级别比较高，而碳氮共渗工艺碳化物级别比较

5、低。在金参磊卢工热加工整丝型丝墅箜蕉幽生箜!!麴团WWW．metalworkingl950．corn垫丝堡l胁㈧j．、颦一溺茁。：盖。；；彝母j、，。管，扩谚毕^。。j如。蟊，；删”葛，，。。穗；国砭^。船薯，万方数据表1传统气体渗碳工艺试验结果金相组织(级)试验有效硬化层表面硬度心部硬度碳化物马氏体残留炉次深度／mmHRCKM奥氏体lO．25934242O．26036343O．259354O．2603334表2碳氮共渗工艺试验结果金相组织(级)试验有效硬化层表面硬度心部硬度碳化物马氏体残留炉次深度／mmHRCKM奥氏体l0．26240l32O．2

6、6339230．2634024O．2634023(b)图3相显微镜下观察，可见传统气体渗碳工艺碳化物呈不规则的大块状，渗碳层淬火组织为条状或较粗大马氏体，残留奥氏体较多，碳氮共渗工艺碳氮化物呈规则性弥散分布，渗层淬火组织为细针状马氏体加少量残留奥氏体，囵2Q!!笙釜!!塑夔丝里塑旦箜重wwWmetalworktn91950．COrtl参磊声工热lj'r而且传统气体渗碳工艺与碳氮共渗工艺要达到相同的渗层深度，前者比后者多用20min，温度比后者高40％。3．传统气体渗碳工艺及碳氮共渗工艺机理分析无论采用何种渗碳方式，所用渗碳剂经高温裂解后渗碳组分均应

7、为CO或CH。，产生活性碳原子[C]。其反应为：2c¨[c]+C022C0—2[c]+02cO+H2一[C]+H20CH4一[C]+2H2当富化气为煤油C。H：。+：、C．H：。时，其反应为：c。H2n+2_+(n+1)H2+11[c]c。H2。--*NH2+n[C]其中的活性碳原子[c]吸附在工件表面，并沿相界面往工件内扩散，形成一定碳浓度梯度的渗层。工件渗碳的初期，在渗层形成之前，工件表面对活性碳原子具有很强的吸附能力，此时渗碳速度主要取决于表面反应和碳原子的扩散速度，碳原子由渗碳介质进入工件比较容易且渗速较快。随着渗碳时间的延长，影响渗碳速度

8、的因素发生变化，即渗层深度的增加主要受碳在钢中扩散速度的控制。此时，在工件表层逐渐形成的渗碳层，变成了阻碍碳原子由渗碳介质