渗碳过程中晶格间氧化物的形成机理及消除措施.pdf

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1、内燃机与配件2013年第9期渗碳过程中晶格间氧化物的形成机理及消除措施IntheCourseofCarburization，theMechanismofoxideBeiIlgFormedintheLatticeTogether稍ththeElimi曲tionMeasurestobeTaken苏志国(石家庄金刚内燃机零部件集团有限公司)’[摘要]渗碳过程中的晶间氧化物的形成，虽然不如碳化物和裂纹对产品性能的有害影响大，但是也一种有一定危害的影响。本文对从晶格间氧化物的形成机理、金相判定、对产品的影响以及消除措施方面进行

2、了的论述。[关键词]晶间氧化物碳化物裂纹形成机理金相消除措施Keywords：OxideinthelatticeCarbideCrackFomingmechanismMetaUographicE1imina-tjonmeasI】res1概述活塞销渗碳过程中，当渗碳温度达到920℃左右时．活塞销材料中含有的Cr、Mn、si等元素，比铁元素容易与扩散到钢材中的氧元素结合形成氧化物。当氧化物发生在晶格边界间时，称为晶格问氧化或晶界氧化。当氧化发生在晶粒内部时，称为内氧化。当渗碳时间较短时，晶格间氧化发生概率较高；当时间延长

3、到一定程度，就会发生内氧化。活塞销渗碳过程一般时间较短，所以，晶格间氧化成为其主要形态。内氧化一般很少。在实际金相判断时，晶格问氧化和淬火裂纹形态大体相同．一般不易判定。对于没有经验的人来说．形成错判。本文从晶格间氧化物的形成机理、金相判定、对产品的影响以及消除措施方面进行了一定的论述。2形成机理在渗碳过程的炉内气氛中，除了较高的碳势以外，还存在一定的氧势：氧势的主要来源是渗碳剂中水和二氧化碳中的氧元素。当氧势低于一定程度时渗碳过程才能顺利进行。在渗碳过程中，碳在大量往钢材中扩散，同时，也有部分氧在往钢材中扩散。由于

4、晶格间组织相对晶粒组织较为松散，扩散进行来的碳和氧首先在此聚集。当浓度达到一定程度时。碳势和氧势压力差较大时．才逐步向晶粒内部进行扩散。当碳在此聚集的速度大于向晶粒内扩散的速度时，在晶格间就会形成碳化铁，形成碳化铁会减少晶格间金属键——主要是晶粒间的铁金属键的连接数量，降低这一部分材料的韧性，增加脆性。碳化物存在量较大时，会加大材料的开裂倾向，所以碳化物在国标和国际上相关企业标准中的存在允许度是在相关规定的。连续网状碳化物是不被允许的，其它形态也做了相关规定。同样，氧在此聚集的结果会与材料中含有Cr、Mn、Si等元素

5、析出物形成晶格间氧化物。析出之前。Cr、Mn、Si等元素是与铁元素之间存在金属键连接的。当温度达到析出温度时，这些元素与铁元素之间的金属键会自动断开，铁与铁之间重新形成新的连接。析出物晶粒团与铁元素之间会在晶粒团的外边界上形成少量的金属键连接。这种连接的数量要远远少于这些元素在晶粒内与铁元素的连接数量。当氧没有与晶格间析出的这些元素全部完成氧化过程时，是不会向晶粒内扩散的。当晶格间的这些析出元素全部形成氧化物后．才能形成对晶粒氧势，氧开始向晶粒内扩散，进而形成晶粒内氧化物，就是通常所说的内氧化。苏志国：渗碳过程中晶格

6、问氧化物的形成机理及消除措施晶格间氧化物．由于是Cr、Mn、Si等元素析出形成的。对铁键之间连接数量损失较少，只是析出物晶粒团与周围铁晶粒团之间的金属键进行了断开，而铁与铁晶粒之间的键是不受影响的。所以，晶格间氧化物与晶格间碳化物相比，危害要小得多。但是．如果形成内氧化．氧化的是弥散均匀分布在晶粒内的Cr、Mn、Si等元素，那么，在晶粒内部断开的是这些元素原子(或说是离子)与铁元素的金属键连接数量就会比晶格间的数量高出许多倍。这样。危害程度就大大增加了。3金相的判定3．1当晶间氧化物数量较多时当晶间氧化物数量较多时。

7、通过常规的金相检验(SEM观察)渗碳层出现黑色网状组织，并在外表层晶界形成了颗粒状的Cr、Mn、Si复合氧化物，具有渗碳内氧化缺陷组织特征——非马氏体；显微硬度测试为索氏体硬度。断口表面出现沿晶断裂区，且晶界表面显示“韧性粘连”特征．沿晶界断口区深度与渗碳层内氧化组织缺陷深度相当。表层出现沿晶界网状裂纹，深度约0．1mm～0．2mm，为有效渗碳层深度的5％一10％。渗碳内氧化组织特征一沿晶界Cr、Mn、Si的氧化物和非马氏体组织明显可见，如图1、2所示。图1tO‘确t町·蕾脚Ns_■^·口-柚■■·t5_-■H·I-

8、^x图23．2当非马氏体组织量较少时当非马氏体组织量较少时，无法通过常规的金相检验(SEM观察)、显微硬度测试来判断是否形成渗碳内氧化缺陷时，沿晶界断口表面出现“韧性粘连”形态可作为发生渗碳内氧化的证据，如图3所示。㈣33．3淬火裂纹与晶间氧化物淬火裂纹与晶间氧化物在金相观察是容易发生混淆，但通过试验方法，能进行区分。淬火裂纹进行再次淬火大多发