为什么要对工件进行渗碳 渗氮和渗氮处理

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2017-02-10 09:26 标签： 渗碳和渗氮的区别
国内外渗碳和渗氮工艺的新进展_热处理网
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国内外渗碳和渗氮工艺的新进展
来源:上海工程技术大学作者:朱祖昌
本文阐明了渗碳和渗氮热处理工艺近二十年来在高温渗碳、深层渗碳、高浓度渗碳、真空渗碳淬火、活性屏离子渗氮、不锈钢固溶渗氮和不锈钢的低温渗氮和渗碳方面的发展，从而让人们了解为了适应机械部件渗碳和渗氮性能要求不断提高和符合对环境友好的要求上热处理工艺技术的发展前景。
渗碳热处理广泛应用于承受着高负荷、高磨损和高疲劳抗力的零件生产上，其中可控气氛渗碳在汽车、拖拉机、汽轮机、工程机械、大型矿山成套机械装置、船舶以及宇航等领域的齿轮生产上仍占着相当大的比例，并且正在采用计算机动态控制技术以实现重现性高和品质优良的部件生产上。但由于气氛炉的废气燃烧会产生温室效应，影响环境，处理的产品易出现表面晶间氧化等主要弊病，应用受到限制。现在，能克服上述弊病的真空渗碳技术已得到发展；同时，由于它易于实施高温渗碳、深层渗碳和高浓度渗碳，从而会使热处理过程整合进入产品的整个生产线，提高产品整个生产链的效率。
渗氮热处理在精密机械零件及工模具制造等领域得到应用。尽管也正在实现氮势的自动控制，但传统的工艺由于易产生疏松多孔的表面化合物层和脆性较大，以及基体强度降低较多等主要缺点，为此其应用实际上也受到较大限制。同时，国内的离子渗氮设备和工艺还停留在较低的水平上。对不锈钢既要保持高耐磨性又要保持优良耐蚀性的渗氮作业还仅处于起步阶段。
从相应的比较出发，国外的渗碳和渗氮工艺在近二十多年来的进展已形成具有明显特色的一些先进工艺技术。本文将着重对高温渗碳、深层渗碳、高浓度渗碳、真空渗碳淬火、活性屏离子渗氮技术、不锈钢的固溶渗氮以及不锈钢的低温渗氮和渗碳等的技术原理、工艺、设备及实际应用等加以论述，从而对钢渗碳和渗氮方面的进展有明确的认识。
1、高温渗碳
高于常规气体渗碳温度930℃的渗碳称为高温渗碳。由计算，将温度由930℃提高至1050℃达到相同的渗层深度大约可缩短渗碳时间2/3以上。显然，采用高温渗碳，节能和缩短工艺周期的效果是显著的。美国的热处理技术路线图将之作为重点推广项目之一。
1.1、高温渗碳时间的计算
F.E.Harris依碳在奥氏体中的扩散推算出钢的渗碳层&和渗碳温度T与时间t的关系式为：
式中K为与渗碳温度相关的系数。按上式，K和T的关系列于表1。
表1&不同渗碳温度下的K值
由表1的值，可以推算1000℃渗碳和925℃渗碳，达到相同的渗层深度，如&=2.0mm，相应的渗碳时间分别为9.4h和4.2h，即1000℃渗碳时间可减少50%以上。
德国Clausen等2001年发表的高温渗碳中应用的图示于图1中，可以说明：渗碳温度从950℃提高至1050℃可使渗碳周期缩短50%，图中A0.35为工件从表面至含碳量为0.35%(质量分数)处的深度。
图1&渗碳时间和渗碳温度的相互关系，表面碳势Cp=CR=1.0%，工件心部含碳量Ck=0.15%
3.4、国内技术
国内实施的高浓度渗碳工艺，一般采用在Ac1～Ac3或Ac1～Accm之间的温度下进行。工件表面均处于[&+(Fe，Cr，Mo)3C]两相区，以便形成细小、均匀的合金渗碳体颗粒，并保持在不聚集长大的状态。有的采用循环加热渗碳工艺，有利于形成细小球形颗粒。渗碳气氛碳势高于渗碳温度下奥氏体的饱和碳浓度值。
齐宝森等对20CrMnTi和50CrMnV采用固体渗碳方法和740℃，1h&780℃，1h&860℃，2h&580℃，0.5h&860℃，2h&580℃，0.5h&860℃，1h油淬工艺得到0.24和0.21mm渗层，碳化物细小、圆整、弥散、表面硬度&1000HV，抗回火稳定性高。
表6&高浓度渗碳钢按Morita工艺的处理结果
刘志儒等采用稀土催渗的高浓度气体渗碳方法和(860&5)℃，8h(气氛碳势Cp=1.2%)油淬工艺得到含大量细小弥散颗粒碳化物的渗层，表面硬度高于，具有高耐磨性，试样的冲击韧度还高于常规渗碳工艺。
石巨岩等对20CrMnTi钢在双室结构的滴控箱式气体渗碳炉上采用的工艺为：830℃(碳势Cp=1.2%)预渗1h&925&5℃(Cp=1.1%)1h，油冷&925&5℃(Cp=1.1%)2h，油冷&925&5℃(Cp=0.9%)1h，降温至880℃(Cp=0.9%)1h，油冷，获得高饱和渗碳的组织，表面硬度，该值和耐磨性分别比常规渗碳的值提高13%和20%。
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表面淬火 渗碳 渗氮处理工艺在应用上有何差别
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表面淬火：是将钢件的表面层淬透到一定的深度,而心部分仍保持未淬火状态的一种局部淬火的方法.表面淬火的目的在于获得高硬度,高耐磨性的表面,而心部仍然保持原有的良好韧性,常用于机床主轴,齿轮,发动机的曲轴等.渗碳处理：为增加钢件表层的含碳量和形成一定的碳浓度梯度,将钢件在渗碳介质中加热并保温使碳原子渗入表层的化学热处理工艺.渗碳零件的材料 一般选用低碳钢或低碳合金钢(含碳量小於0.25%).渗碳后必须进行淬火才能充分发挥渗碳的有利作用.渗碳淬火后﹐表面硬度可达HRC58～63﹐心部硬度为HRC30～42.工件表面产生压缩内应力﹐对提高工件的疲劳强度有利.因此渗碳被广泛用以提高零件强度﹑冲击韧性和耐磨性﹐借以延长零件的使用寿命.渗氮处理：向钢的表面层渗入氮原子的过程,其目的是提高表面硬度和耐磨性,以及提高疲劳强度和抗腐蚀性.适用于各种高速传动精密齿轮、机床主轴（如镗杆、磨床主轴）,高速柴油机曲轴、阀门等.
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