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1、氣體滲碳技朮課程編碼:H-D-004職系:熱處理講師:宋旭軍單位﹕熱處理加工部分機:560+76030課程大綱化學熱處理及滲碳概念滲碳基本原理滲碳技朮要求滲碳工藝滲碳質量檢驗滲碳設備一、化學熱處理及滲碳概念化學熱處理是將金屬或合金工件置于一定溫度的活性介質中保溫﹐使介質內各組分之間或某些組分在工件表面發生化學反應﹐一種或几種元素擴散進入工件表面﹐使其化學成分得以改變﹐并配以不同的后續處理﹐。鋼的化學熱處理化學熱處理的目的是提高工件的表面硬度耐磨性疲勞強度等力學性能以及耐腐蝕性﹐而心部仍保持很好的塑性和韌性。鋼
2、的化學熱處理奧氏體狀態的化學熱處理滲碳滲鋁碳氮共滲滲鉻滲硼滲釩鐵素體狀態的化學熱處理(AC1以下，基體無相變，變形小)S-N-C共滲滲氮氮碳共滲氧氮共滲鋼的滲碳處理為了增加鋼件表層的含碳量﹐得到一定的碳濃度梯度﹐將鋼件在滲碳介質中加熱并保溫﹐使碳原子滲入表層的化學熱處理工藝稱為滲碳。鋼的滲碳滲碳固體滲碳氣體滲碳液體滲碳真空滲碳滲碳之目的滲碳的目的是使工件表面具有高硬度﹐耐磨性及疲勞強度﹐而心部仍保持足夠的強度和良好的韌性。二、滲碳的基本原理滲碳是由滲碳介質的分解﹐活性碳原子的吸收和碳原子的擴散三個基本過程組成
3、。1.滲碳介質的分解滲碳介質在一定的溫度下﹐通過化學反應﹐可以分解出活性碳原子。甲醇:CH3OHCO+2H2丙酮:CH3COCH32C+CO+3H2滲碳介質的分解2COCO+[C]CH2H+[C]反應式中的[C]是以原子狀態存在的活性碳原子﹐能被工件表面吸收。4222.活性碳原子的吸收分解出的活性碳原子吸附在工件表面上﹐被工件表面所吸收(溶解)﹐溶入固溶體或形成碳化物。3.碳原子的擴散工件表面吸收活性碳原子后﹐表面碳濃度提高﹐使其表面與心部形成濃度梯度﹐在一定溫度條件下﹐碳原子沿著濃度梯度下降的方向向心部擴散
4、﹐隨著保溫時間的長短，得到一定深度的滲碳層.4.滲碳用鋼滲碳工件一般為低碳鋼和低合金鋼,工件滲碳後可獲得高硬度的表面及具有足夠韌性的心部.滲碳鋼碳的質量分數一般在0.15%—0.25%之間,滲碳鋼中的合金元素主要有Cr、Mn、Ni、W、Mo、Ti、BSi等,其中Cr、Mn、Ni、B等元素可提高鋼的淬透性,改善心部的組織和性能,V、Ti、W、Mo等元素可仰制奧氏晶粒長大,減少工件過熱傾向.4.1對滲碳鋼的要求4.1.1應有強的接受滲碳的能力﹐表面能吸受足夠的碳﹐滲碳層厚度增加較快﹐但又不能使表面碳分過高﹔4.1
5、.2過熱敏感性小﹐使鋼在滲碳溫度下長時間加熱后奧氏體仍能保持細晶粒﹐以便實現直接淬火﹔4.1.3要有足夠的淬透性﹐以保証心部在淬火后具有較高的屈服強度和刃性。4.1.4鋼中不允許有粗大的夾雜物﹐更不允許夾雜物分布在滲碳層表面﹐否則易產生應力集中現象﹐造成裂紋﹔鋼中不允嚴重的帶狀組織使滲碳層含碳量不均﹐而且還會造成零件具有方向性。此外﹐它的存在也會使鋼的切削性能變壞。4.1對滲碳鋼的要求4.1.5滲碳鋼的含碳量一般都在0.10~1.05%范圍內﹐以使心部在淬火及低溫回后仍具有足夠的韌性和塑性﹐而且低碳回火馬氏(
6、如果鋼的淬透性較好)不僅具有較高的強度﹐而且具有一定的塑性和韌性。對于重載荷的滲碳零件﹐滲碳鋼的含碳量可以提高到0.25~0.30%﹐這樣能顯著提高心部強度﹔提高在與滲層之間的過渡層的強度﹐從而使顯著提高整個滲碳零件的強度。同時﹐心部含碳量增加﹐滲碳深度可減少﹐使表面含碳量容易控制在0.80~1.05%﹐使淬火后的表層組織良好﹐沒有網狀碳化物及在量殘佘奧氏體﹐這發也可以提高滲碳零件的強度。4.2常用滲碳鋼4.2.1低強度鋼：15＃、20＃、15Cr、20Cr等﹔(低負荷耐磨件)4.2.2中強度鋼﹕20CrMo
7、、20CrMnTi等﹔(中等負荷齒輪)4.2.3高強度鋼﹕18CrNi4WA、20CrNi4A等﹔(高負荷軸及齒輪)三、滲碳技朮要求工件經滲碳后，滲碳層應達到一定的表面碳濃度，滲層深度和碳濃度梯度，才能通過隨后的熱處理得到所需要的力學性能．1.滲碳層的表面碳含量表面碳濃度對工件的力學性能影響較大，表面碳濃度（碳質量分數）一般控制在0.8%--1.05%之間,過低會使耐磨性下降,過高時脆性增大強度不能滿足足要求.滲碳質量分數與不同承受載荷的關系承受載荷碳質量分數衝擊疲勞0.8%--0.9%彎曲疲勞0.8%--1
8、.05%高接触疲勞耐磨性高1.15%2.滲碳層深度滲碳層深度取決於工件的工作條件和心部硬度,滲碳後的工件,表面強度要高於心部強度.工件受扭轉或彎曲等載荷作用時,表面應力最大,向心部逐漸減弱,所以滲碳層深度應證保證傳遞到心部的應力小於心部強度.2.滲碳層深度滲碳工件的接觸疲勞破坏常發生在滲層的過渡區或滲層與心部的交界處,這是由於過渡層或心部強度不足引起的,可提高心部強度,增加滲碳層深度於加以解決,在表
