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滲碳鋼的熱處理方法

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滲碳鋼的含碳量一般在0.10%~0.25%之間,滲碳鋼的含碳量一般在0.25%以下,有的含碳量達到0.35%。滲碳零件大多為比較重要的零件,滲碳零件要求在滲碳、淬火和低溫回火后心部保持一定的韌性,通常用滲碳鋼制造。由于低碳鋼強度較低,淬透性差,長(cháng)時(shí)間滲碳后晶粒容易長(cháng)大,故重要的零件(如汽車(chē)、拖拉機齒輪等)都用合金滲碳鋼,它們要求力學(xué)性能和可靠性較高。

(1)鋼的滲碳方法和特點(diǎn)

滲碳是機械制造行業(yè)應用最廣泛的一種化學(xué)熱處理方法,它是將低碳鋼(滲碳鋼)在富碳的介質(zhì)中加熱到高溫(一般為900~950℃),使活性碳原子滲入鋼的表面,以獲得高碳的滲層組織,隨后經(jīng)過(guò)淬火和低溫回火,表面具有高的硬度、耐磨性及疲勞抗力,而心部仍保持足夠的強度和韌性,滿(mǎn)足零件的工作需要。

鋼的滲碳介質(zhì)有固體、液體和氣體三種,因此滲碳的介質(zhì)也有區別,但其宗旨是滲碳劑具有以下特點(diǎn):①滲碳能力強,具有足夠的活性;②分解后的產(chǎn)氣量高,產(chǎn)生的炭黑少;③成分穩定,雜質(zhì)少,特別是控制含硫量;④原料的來(lái)源廣,成本低;⑤產(chǎn)生的廢氣少,對環(huán)境及人身沒(méi)有危害。

①固體滲碳  固體滲碳就是將零件埋入裝有滲碳劑的滲箱內,均勻擺放零件之間塞有滲碳劑,箱蓋用耐火泥密封,然后放置于熱處理爐中加熱,首先爐溫升到奧氏體狀態(tài)800~850℃,保溫一段時(shí)間后,再繼續加熱到900~950℃,保溫一定時(shí)間獲得要求的滲層后,取出零件淬火或空冷后再重新加熱淬火的一種工藝方法。一般而言固體滲碳的零件的質(zhì)量差、周期長(cháng)、不適合于批量化作業(yè),因此僅用于單件小批量生產(chǎn)。

②液體滲碳  鋼的液體滲碳是在熔融的液體滲碳介質(zhì)中進(jìn)行的,其一般是由三部分介質(zhì)組成:①加熱介質(zhì)——不同的滲碳溫度可采用不同的配方,除了作加熱介質(zhì)外,有時(shí)起到催滲作用;②滲碳介質(zhì)——提供活性的碳原子,占滲碳液體總量的10%~15%;③催化劑——有助于提高滲碳速度,其占滲碳液體總量的5%~30%。

液體滲碳雖具有加熱均勻、速度快和便于直接淬火的優(yōu)點(diǎn),但由于成本過(guò)高、有毒、鹽浴成分的調整復雜、滲碳后零件表面黏附殘鹽等清洗困難等,目前基本停止使用,而隨后被氣體滲碳所替代。

③氣體滲碳  目前氣體滲碳工藝具有工藝成熟簡(jiǎn)單、設備簡(jiǎn)單、操作方便、成本低廉、質(zhì)量穩定、效果明顯等特點(diǎn),一般熱處理企業(yè)普遍采用氣體滲碳工藝,它是在具有增碳氣氛的氣態(tài)活性介質(zhì)中而進(jìn)行的滲碳工藝,是目前應用最廣泛的滲碳工藝。

零件的滲碳過(guò)程是由排氣、滲碳、擴散及降溫四個(gè)階段構成的,常用的滲碳劑為煤油,氣體滲碳通常是在井式爐氣體滲碳爐內進(jìn)行的,煤油直接滴入。

根據滲碳過(guò)程中的工藝特點(diǎn),結合零件的具體要求,目前氣體滲碳采用變更溫度和滲碳劑滴(流)量的工藝,這樣可確保滲碳速度、滲碳層的含碳量及組織分布均勻滿(mǎn)足性能的要求,20CrMnTi鋼制造的變速箱齒輪采用低滴量的氣體滲碳工藝,該工藝為一種綜合考慮滲碳溫度、保溫時(shí)間和煤油滴量的氣體滲碳工藝,實(shí)踐證明是一個(gè)成熟的工藝,既能保證滲碳的滲層厚度,又能發(fā)揮其滲碳的作用。

b.滲碳階段  爐溫升到工藝溫度采用較大的煤油滴量,保證滲碳有高的碳勢,強滲時(shí)間主要決定于滲層和溫度的高低等,通常為3.5~4h。

c.擴散期階段  根據工件吸碳與擴散的平衡原則,進(jìn)入擴散階段后應減小滲碳劑滴量,通過(guò)降低氣氛中的碳濃度來(lái)使滲碳能力下降,但滲碳仍繼續進(jìn)行,最后得到要求的滲碳層深度。該階段的時(shí)間為滲碳階段的0.3~1倍。

d.降溫階段  對于需要直接淬火的零件,可隨爐降溫到840~860℃,保溫0.5h左右后出爐淬火;而需要重新加熱淬火的則應出爐緩冷,來(lái)減少零件表面的氧化脫碳和防止其變形等。

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