Q235碳钢实验室固体变形渗碳技术毕业论文.doc

安徽工程大学机电学院本科毕业设计（论文）专 业： 材料成型机控制工程 题 目： Q235碳钢实验室固体 变形渗碳技术 毕业设计（论文）题目中文：Q235碳钢实验室固体变形渗碳技术 英文：The technology of deformation and solid carburizing of Q235 carbon steel in laboratory 原始资料 关键字：固体渗碳 参考资料： 1 雷廷权、姚忠凯等钢的形变热处理M北京：机械工业出版社，1979 2 陆兴热处理工程基础M北京：机械工业出版社，2007 3 河田一喜，彭惠民渗碳处理，氮化处理的新技术J国际机车车辆工艺， 2009，6 4 李维铖金属材料新标准讲座J机械工人热加工，2002，6 5 刘晓霏渗碳机械制造工业中不可缺少的热处理方法J热处理技术与设 备，2006,09 6 潘邻化学热处理应用技术M北京：机械工业出版社2004，6 7 胡光立 谢希文刚的热处理M西安：西北工业大学出版社 2004，9 8 金像分析技术M上海：上海科学技术文献出版社 1987，7 9 张润慧，张延成，宋立波渗碳热处理缺陷分析J2009，03 毕业设计（论文）任务内容1、 课题研究的意义： 渗碳工艺是重要的化学热处理手段，通过对Q235碳钢实验室固体变形渗碳的研究，希望获得实验室条件下合理的形变热处理渗碳工艺参数。主要工作包括Q235碳钢成分的确定，预形变量与渗碳工艺参数的设计与实验，显微组织观察，性能测定与分析。通过这些工作，可使学生在综合应用所学的材料科学只是的基础上，通过实验工作的训练，进一步增强其实践动手的能力；同时通过对实验现象的分析，可使学生的理论知识进一步得到综合的提高。2、本课题研究的主要内容： 1）根据课题任务，查阅文献、资料及实地调研，了解钢的变形渗碳工艺，渗碳组织的获得与特点，渗碳性能的测试与分析，金相组织显微观察的基本方法； 2）在查阅文献、资料及实地调研，归类整理研究课题支撑材料，包括低中碳钢金相组织与成分的分析和确定，获得合理的组织工艺参数的设计与实验，性能测定与分析； 渗碳工艺变形分类与操作： a）拉伸:简易拉伸机； b）扭转：扭转试验机 金相试样的观察：显微照片的分析。 硬度的测定：测渗碳层的厚度，与时间、温度的关系，做曲线。 3、提交的成果：（1）毕业设计（论文）正文；（2）实验设计方案与学生学习试验指导书初稿一份；（3）至少一篇引用的外文文献及其译文；（4）附不少于10篇主要参考文献的题录及摘要。指导教师（签字） 教研室主任（签字）批 准 日 期接受任务书日期完 成 日 期接受任务书学生（签字）Q235碳钢实验室固体变形渗碳技术摘 要本课题名称为Q235碳钢实验室固体变形渗碳技术，主要是通过实验的手段并结合一些数学方法对Q235碳钢经拉伸变形后的固体渗碳工艺进行深入研究，将材料变形和化学热处理相结合，探索变形低碳钢件固体渗碳工艺的相关技术及低碳钢经变形渗碳后主要性能的变化。通过大量实验并结合数学理论的计算，最终得出了Q235碳钢在不同拉伸变形条件和渗碳时间下的渗碳层深度、硬度及渗碳件冲击韧性的实验数据。通过实验和计算得出的数据，得到渗碳层深度与渗碳保温时间关系、渗碳层深度与拉伸变形率关系、冲击韧性与保温时间关系，反映了Q235碳钢渗碳件主要性能与渗碳温度和拉伸变形率的关系。通过在实验中控制拉伸变形率和渗碳温度而得到的一系列关系，定性的分析研究了渗碳温度对渗碳件硬度的影响；渗碳件硬度沿渗碳层的变化情况；渗碳件的冲击韧性等。这些研究得出的结果，更深刻地了解了低碳钢渗碳技术，认识了对渗碳主要工艺参数的控制，并借鉴前人的成果，得到渗碳保温时间越长，渗碳层越深，渗碳件表面硬度越高，故而渗碳效果越好。但另一方面，渗碳温度越高越长，表面脆性增强，韧性降低，即试件抗冲击性能降低。渗碳后缓冷，将得到珠光体类型的组织，由表面向内依次为过共析区（珠光体+网状渗碳体）、共析区（珠光体）、亚共析区（珠光体+铁素体,且铁素体的量由外向内不断增加），直至原始组织。 Q235碳钢经拉伸变形后的固体渗碳工艺进行深入研究，将材料变形和化学热处理相结合，探索变形低碳钢件固体渗碳工艺的相关技术及低碳钢经变形渗碳后主要性能的变化。 关键词: Q235碳钢；固体渗碳；变形渗碳；渗碳温度；渗碳层深度The solid deformation carburizing process of Q235 carbon steel in laboratory AbstractThe name of the topic deformation of Q235 carbon steel solid carburizing technology laboratory. Mainly by means of experiments and mathematical methods combined with some of tensile deformation on Q235 steel by carburizing process after the solid-depth study of the material deformation and the combination of chemical treatment, to explore low carbon steel deformed carburizing technology related to solid Skilled and low-carbon steel after carburizing by the deformation of the major performance changes. By combining a large number of experiments and mathematical theory of computation, eventually obtained the tensile deformation of Q235 carbon steel in different conditions and under the carburizing carburizing time depth, hardness and impact toughness of carburized pieces of experimental data.Experimental and calculated data, the depth of carburized layer holding time carburizing, carburizing depth relationship with the tensile strain rate, impact toughness and holding time, reflecting the Q235 carbon steel with carburized main performance parts Carburizing temperature and the relationship between the rate of tensile deformation.Controlled by tensile deformation rate of the experiment and obtained a series of carburizing temperature relationship, qualitative analysis of the carburizing temperature on the hardness of carburized parts; carburized carburized layer hardness along parts of the changes; carburizing Parts of the impact toughness.The results of these studies, a deeper understanding of the low carbon carburizing technology, understanding the main process parameters on the control of carburization, and learn from previous studies, the longer the holding time by carburizing, carburizing layer deeper , the higher the surface hardness of carburized parts, and therefore the better cementite. On the other hand, the longer the holding time carburizing, surface brittleness increased, the toughness decreases, that is, the specimen impact performance. Slow cooling after carburizing, will be pearlite type of organization, followed by the inner surface area than eutectoid (pearlite + network cementite), eutectoid zone (pearlite), hypoeutectoid District (pearlite Ferrite and ferrite increasing the amount of outside to inside) until the original organization.Q235 carbon steel after deformation by tension-depth study of the solid carburizing process, the material deformation and the combination of chemical treatment, to explore low carbon steel deformed solid carburizing process related technologies and low carbon steel after carburizing by the deformation of the main performance Changes.Keywords: Q235 carbon steel; Solid carburizing; Deformation of cementite; Carburizing temperature carburized layer depth目录摘 要IAbstractII插图清单IV表格清单V引 言- 1 -第1章 绪 论- 2 -1.1 热处理概述- 2 -1.2 我国渗碳技术的发展- 2 -1.3本课题主要研究内容与选题意义- 3 -第2章 低碳钢固体预变形渗碳技术- 4 -2.1 渗碳- 4 -2.2 钢的形变热处理- 10 -2.3 Q235碳钢性能- 11 -第3章 实验过程与结果- 12 -3.1拉伸变形- 12 -3.2 渗碳- 14 -3.3 渗碳件的性能测试- 17 -第4章 实验结果与分析- 23 -4.1 渗碳层深度数据分析- 23 -4.2 冲击试验数据分析- 25 -4.3 金相图片分析- 26 -结论与展望- 27 -致 谢- 28 -参考文献- 29 -附录A 外文文献及翻译- 30 -附录B 文献摘要- 43 -插图清单图2-1 一次加热淬火工艺图.11 图2-2 钢件渗碳缺陷图.9图3-1 标准拉伸试.10图3-2 万能材料试验机.11图3-3 曲线.10图3-4 曲线.10图3-5 渗碳剂.13图3-6 砂轮机.14图3-7 切割机.14图3-8 箱式电阻炉S*2-4-10型.15图3-9 渗碳件.16图3-10 镶嵌粉.16图3-11 镶嵌机.17图3-12 400金相试样.17图3-13 700金相试样.17图3-14 900金相试样.17图3-15 砂纸图.18图3-16 吹风机图.18图3-17 抛光机.18图3-18 1号试件金相组织 400，5.5%，100x .19图3-19 2号试件金相组织 400，9.8%，100x .19图3-20 3号试件金相组织 400，14.7%，100x .19图3-21 4号试件金相组织 700，5.5%，100x .19图3-22 5号试件金相组织 700，9.8%，100x.19 图3-23 6号试件金相组织 700，14.7%，100x.19图3-24 7号试件金相组织 900，5.5%，200x .19图3-25 8号试件金相组织 900，9.8%，200x.19图3-26 9号试件金相组织 900，14.7%，200x.21图3-27 10号试件金相组织 原始组织.22图3-28 冲击实验原理.23图3-29 冲击试验机.23图3-30 冲击试件3.23图3-31 冲击试件6.23图3-32 冲击试件9.23图4-1 渗碳层深度-拉伸变形率关系曲线.26图4-2 渗碳层深度-渗碳温度关系曲线.28图4-3 冲击韧性/吸收功-渗碳温度关系图.29图4-4 渗碳后从表层到心部的组织变化图.22表格清单表3-1 试样分组.11表3-2 试件编号.12表3-3 渗碳层深度、保温时间、渗碳温度之间的关系表.24表3-4 渗碳件冲击韧性（ak）和吸收功（Ak）数据 .24表3-5 渗碳层深度.22表4-1 拉伸变形率与渗碳层深度数据.25表4-2 渗碳保温时间与渗碳层深度数据.27表4-3 试样渗碳保温时间与冲击韧性、吸收功数据.28引 言本课题名称为Q235碳钢实验室固体变形渗碳技术，主要是通过实验的手段并结合一些数学方法对Q235碳钢经拉伸变形后的固体渗碳工艺进行深入研究，将材料变形和化学热处理相结合，探索变形低碳钢件固体渗碳工艺的相关技术及低碳钢经变形渗碳后主要性能的变化。通过对Q235碳钢实验室固体变形渗碳的研究，希望获得实验室条件下合理的变形热处理渗碳工艺参数。主要工作包括Q235碳钢成分的确定，预形变量与渗碳工艺参数的设计与实验，显微组织观察，性能测定与分析。通过这些工作，可使我们在综合应用所学的材料科学知识的基础上，通过实验工作的训练，进一步增强其实践动手的能力；同时通过对实验现象的分析。形变热处理是将形变强化和热处理强化有机结合在一起的符合强化工艺。该工艺既能提高钢的强度，又能改善钢的塑性和韧性，同时还能简化工艺，节省能源，在冶金和机械制造中得到了广泛应用。通过这种工艺，零件可以得到综合机械性能良好的配合。形变热处理有高温形变热处理、等温形变热处理、低温形变热处理和预变形热处理。常用的是高温和低温形变热处理，也有的采用电热形变热处理。渗碳是对金属表面处理的一种钢的渗碳就是将钢件置于具有足够碳势的介质中加热到奥氏体状态并保温，使其表层形成富碳层的热处理工艺，是目前机械制造业中应用最广的化学热处理。这是机器制造中应用最广泛的一种化学热处理工艺。渗碳的目的是使机器零件获得高的表面硬度、耐磨性及高的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度。本文将材料变形和固体渗碳工艺相结合，探索了变形材料的固体渗碳技术。但是因为时间和条件的限制，未能就这一方面技术做进一步渗入的研究。通常形变热处理主要是塑性成形和退火、正火等相变热处理的结合，而很少有关于化学热处理的研究和应用，因此，进一步改进实验方法以研究变形低碳钢的渗碳工艺具有独特的工程学意义。对Q235碳钢实验室固体变形渗碳技术进行了仔细、深入的研究，其过程是艰辛的。在研究的过程中，也得出了很多宝贵的实践经验，为以后再进行这方面的研究奠定了理论和实践经验。第1章 绪 论1.1 热处理概述热处理技术作为机械制造业中一项基础工艺技术之一，在整个工业领域中，发挥了至关重要的作用。它是金属材料在严格控制的加热和冷却条件下进行处理，通过改变材料内部的显微组织来达到人们所要求的使用性能或服役寿命。具体的要求往往在下述方面：软化材料，改善成型性能，提高机加工效率和生产效率；提高材料的强度和韧度，增加零部件的寿命；在保证材料心部性能的同时提高工件的表面强度、硬度、耐磨性、疲劳性和耐蚀性等；研制新型材料和针对已出现的特种材料通过热处理方法获得特殊的物理、化学性能以满足医疗、宇航、生物、光学、电子等领域中高要求的应用；改进传统材料的生产和处理，细化材料的组织，大大提高强度和韧度，充分发挥材料潜能，满足愈来愈高的工业需要；钢的热处理工艺种类很多。根据加热、冷却方式及获得的组织、性能的不同，可分为普通热处理（不改变化学成分，如退火、正火、淬火、回火）、化学热处理（改变化学成分、如渗碳、渗氮）及复合热处理（如渗碳淬火、形变热处理）等。按照热处理在金属材料或机械零件整个生产工艺过程中所处位置和作用的不同，热处理工艺又可分为预备热处理和最终热处理1。其中化学热处理是经工件在特定的介质中加热、保温，使介质中某些元素渗入工件表层，以改变其表层化学成分和组织，获得心部性能不同的热处理工艺。工业技术的发展，对机械零件提出了各式各样的要求。例如，发动机上的齿轮和轴，不仅要求齿面和轴颈的表面应耐磨，还必须传递足够大的转矩和承受相当大的冲击载荷；在高温燃气下工作的涡轮叶片，不仅表面抵抗高温氧化和抗腐蚀，还必须有足够的高温强度等。这类零件对表面和心部性能要求不同，采用同一种材料并经过同一种热处理是难以达到要求的。而通过改变表面化学成分和随后的热处理，就可以在同一种材料的工件上使表面和心部获得不同的性能，即满足上述的要求。化学热处理与一般热处理的区别在于：前者要表面化学成分的改变，而后者没有表面化学成分的变化。化学热处理后渗层与金属基体之间无明显的分界面，而表面向内部其成分、组织与性能是连续过渡的。本文所研究的实验室固体变形渗碳技术，即材料形变与化学热处理的结合，其中化学热处理中所用介质为固体渗碳剂（85%的木炭和15%的BaCO3），即固体渗碳。1.2 我国渗碳技术的发展材料热处理在中国有悠久的历史。与世界其他地区相比，中国古代热处理技术的发展有明显的区域特色，在某些方面中国的热处理技术落后于其它地区，但也有许多发明和技术在世界热处理史上处于遥遥领先的地位，其中不少成果还传播到了世界各地，对世界热处理技术的进步 起到了直接的促进作用。明清时期，我国开始在化学热处理方面取得进展，特别是在应用液体渗碳方法制钢方面，这时采用所谓的“生铁淋口”技术，生产的钢材被称为“苏钢”。早年，渗碳是汽车拖拉机工业应用最广的工艺方法之一。50年代实现了从固体渗碳到井工炉中滴入液体渗剂的气体渗碳的过渡，改善了产品质量，提高了工效。60年代初研制成功LiCl露点仪以后，首先在井式渗碳炉上实现了滴入甲醇和丙酮的可控渗碳。在掌握了吸热式气氛制备方法和研制成功密封渗碳炉以后，用露点仪实现了密封渗碳炉的碳势控制。60年代末期研制成功红外线二氧化碳分析仪。为了提高碳势控制精度，在70年代推广了红外仪，主要用于井式炉的滴注式渗碳。目前用滴甲醇和煤油方式的可控渗碳已达到相当普及的程度。尤其是在70年代末、80年代初大量引进滴注式密封渗碳炉和多种微处理机可编程序控制器碳势控制仪问世以后，在密封多用炉上也广泛应用起来了。80年代初期，研制成功国产碳分子筛制的同。随后用氮基气氛、甲醇和乙酸乙酯（或煤油）的合成氛渗碳法便应运而生。与此同时，引进了气氛微量氧（氧势）测量、控制技术和仪器。目前应用氮基合成气氛和氧探头的炉气控制技术的渗碳、用微处理机控制碳势和渗层深度的方法已在生产中得到广泛应用。上世纪80年代以来，本土设备制造企业已能成系列生产密封多用炉、推杆连续炉渗碳、淬火、清洗、回火生产线和网带炉生产线。应运而生的尚有与之相配套的碳势和工艺过程自动控制系统的商品生产供应。90年代以来，国际知名设备制造企业相继在国内建立合资，独资生产厂，为热处理企业提供了可靠性高，价格可以接受的先进设备。为此，也刺激，提高了本土设备制造厂的制造水平，为近十年大量涌现的民营，股份制专营热处理加工企业和国营大厂的热处理技术改造和设备更新创造了好的条件。1.3本课题主要研究内容与选题意义1.3.1 本课题的主要研究内容本课题名称为Q235碳钢实验室固体变形渗碳技术，主要是通过实验的手段并结合一些数学方法对Q235碳钢经拉伸变形后的固体渗碳工艺进行深入研究，将材料变形和化学热处理相结合，探索变形低碳钢件固体渗碳工艺的相关技术及低碳钢经变形渗碳后主要性能的变化。 实验中将采用拉伸的方式对试样进行变形，同时为比较在不同变形条件下碳钢的渗碳效果，特选取5%、10%、15%四组不同的变形率。对变形后的试样进行表面处理后，将试样装箱，再放在渗碳炉中渗碳。本实验渗碳保温时间均为4小时，取拉伸变形率分别为5.5%，9.8%，14.7%的试件，在400、700、900三组不同渗碳温度下渗碳，作为对比进行实验。渗碳完了，对试样进行热处理。最后，测量并比较渗碳件从表层到心部的硬度变化及渗碳件的抗拉强度，并用显微镜察渗碳件的渗碳层深度及内部组织结构。实验操作过程为整个毕业设计的中心，实验的成功与否和效果决定了毕业设计的质量，而在渗碳过程中对加热炉温度和时间的控制与把握又是整个实验过程的难点，细节决定成败，因此重视实验过程中每个细小的环节是做好本次毕业设计的关键。1.3.2 本文选题意义渗碳是使碳原子渗入钢制工件表层的化学热处理工艺。渗碳后，工件表面含碳量一般高于0.8%。淬火并低温回火后，在提高硬度和耐磨性的同时，心部能保持相当高的韧性，可承受冲击载荷，疲劳强度较高。渗碳工艺广泛应用于飞机、汽车、机床等设备的重要零件中，如齿轮、轴和凸轮轴等。渗碳是应用最广、发展得最全面的化学热处理工艺。用微处理机可实现渗碳全过程的自动化，能控制表面含碳量和碳在渗层中的分布。通常形变热处理主要是塑性成形和退火、正火等相变热处理的结合，而很少有关于化学热处理的研究和应用，因此，研究变形低碳钢的渗碳工艺具有独特的工程学意义。第2章 低碳钢固体预变形渗碳技术2.1 渗碳2.1.1 渗碳的概念及分类渗碳是对金属表面处理的一种，采用渗碳的多为低碳钢或低合金钢，具体方法是将工件置入具有活性渗碳介质中，加热到900-950摄氏度的单相奥氏体区，保温足够时间后，使渗碳介质中分解出的活性碳原子渗入钢件表层,从而获得表层高碳，心部仍保持原有成分. 相似的还有低温渗氮处理。这是金属材料常见的一种热处理工艺，它可以使渗过碳的工件表面获得很高的硬度，提高其耐磨程度。钢的渗碳就是将钢件置于具有足够碳势的介质中加热到奥氏体状态并保温，使其表层形成富碳层的热处理工艺，是目前机械制造业中应用最广的化学热处理。所谓碳势，是指渗碳气氛与钢件表面达到动态平衡时钢表面的含碳量。碳势高低反映了炉气渗碳能力的减弱4。低碳钢渗碳后，表层变成高碳，而心部仍为低碳，经淬火及低温回火后，表面层获得高硬度、高耐磨性及疲劳抗力，而心部仍保持足够的强度和韧性。这是机械零件的一种理想状态。因此，机械零件为获得高的表面硬度、高的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度、高的冲击韧性等时，通常采用渗碳工艺。通过对Q235碳钢实验室固体变形渗碳的研究，希望获得实验室条件下合理的变形热处理渗碳工艺参数。主要工作包括Q235碳钢成分的确定，预形变量与渗碳工艺参数的设计与实验，显微组织观察，性能测定与分析。渗碳的主要目的是在保持工件心部良好韧性的同时，提高其表面的硬度、耐磨性和疲劳强度。与表面淬火相比，渗碳主要用于那些对表面耐磨性要求较高，并承受较大冲击载荷的零件。根据所用介质物理状态的不同，可将渗碳分为气体渗碳、液体渗碳和固体渗碳三类。气体渗碳具有碳势可控、生产率高劳动条件好和便于渗后直接淬火等优点，应用最广。渗碳方法：按含碳介质的不同渗碳可分为固体渗碳液体渗碳气体渗碳和碳氮共渗。1. 固体渗碳法固体渗碳法是把渗碳工件装入有固体渗剂的密封箱内(一般采用黄泥或耐火粘土密封)，在渗碳温度加热渗碳的工艺。固体渗碳剂主要由一定大小的固体炭粒和起催渗作用的碳酸盐组成，常用固体渗碳温度为900960。因为根据铁-碳相图，只有在奥氏体区域，铁中碳的浓度才可能在很大范围内变动，碳的扩散才能在单相的奥氏体中进行5。900930这个温度恰好较渗碳钢的Ac3点稍高，保证了上述条件的实现。扩散速度与温度的关系为温度愈高，扩散速度愈快。按理可以采取比上述更高的温度进行渗碳。但温度过高，奥氏体晶粒要发生长大，因而将降低渗碳件的机械性能。同时，温度过高，将降低加热炉及渗碳箱的寿命，也将增加工件的挠曲变形。固体渗碳时，由于固体渗碳剂的导热系数很小，传热很慢，且渗碳箱尺寸往往又不相同，即使是尺寸相同，工件大小及装箱情况（渗碳剂的密实度，工件间的距离等）也不完全相同，因而固体渗碳需增加透烧时间。在生产中常用试棒来检查其渗碳效果。一般规定渗碳试棒直径应大于l0mm，长度应大于直径。固体渗碳时，渗碳温度、渗碳时间和渗层深度间的经验数据可在有关热处理手册中查到。但这些数据只能作为制订渗碳工艺时参考，实际生产时应通过试验进行修正。固体渗碳是一种古老的渗碳的方法，其优点是设备简单，适应性强，渗碳剂来源容易，费用低，因此现在仍有一定的应用。固体渗碳的缺点是：不适于渗层要求较浅的零件，表面碳含量也很难精确控制，渗后直接淬火困难，渗碳时间长，劳动条件差。2. 液体渗碳法液体渗碳法为将工件浸于盐浴中行渗碳的方法。因盐浴的淬火性良好，因此可减少工件变形，并可使处理件加热均匀，升温迅速，操作简便，便于多种少量的生产，尤其在同一炉，可同时处理不同渗碳深度的处理件。液体渗碳的优点是加热速度快，加热均匀，便于渗碳后直接淬火，适合于小零件的单件或小批量生产。缺点是多数盐浴有毒，易腐蚀零件，碳势调整幅度小且不易精确控制，劳动条件差等。3. 气体渗碳法气体渗碳是工件在气体介质中进行碳的渗入过程的方法。渗碳气体可以用碳氢化合物有机液体，如煤油、等直接滴入炉内汽化所得。气体渗碳，由于适合大量生产化，作业可以简化，品质管制容易算特点，目前最普遍被采用。在渗碳过程中，必须控制气氛碳势、温度和时间，以保证技术条件所规定的表面碳含量、渗层深度和较平缓的碳浓度梯度。渗碳后根据炉型及技术要求，进行直接淬火或重新加热淬火，以获得预期的组织和性能。2.1.2 固体渗碳原理渗碳主要包括分解、吸收、扩散三个基本过程。 1.分解含碳化合物的分解，形成活性碳原子(用C表示)：2COCO2+C(一氧化碳) (二氧化碳)CH4 2H2 +C(甲烷)(氢)2.吸收高温下活性碳原子与金属表面接触，被金属表面吸收后，溶解于金属基体或与金属基体形成某种金属化合物。 3.扩散零件表面吸收(固溶)了碳原子后，表面含碳量增加，使零件表面与心部产生一定的碳浓度而促使表面碳原子逐步向心部扩散。渗碳的结果取决于上述三个基本过程的关系。通过调整上述三个过程的关系，应满足如下主要的渗碳层质量的要求：1）到达规定的渗碳层厚度（渗碳层厚度之计算，一般是从零件表层开始测量到过渡的二分之一处）。如渗碳层太薄时，在高负荷作用下，会使渗碳层压穿，如渗碳太厚，也将影响渗碳零件的抗冲击能力；2）渗碳表层含碳浓度应控制在0.81.05%范围内。如含碳浓度过低(小于0.8)，则达不到所要求的高硬度，高耐磨性。如果含碳浓度过高(大于1.05%)，则过剩碳化物较多，也使渗碳层强度，尤其是疲劳强度下降，特别当碳化物以针状或网状形式存在时由于马氏体被这些脆性组织所割裂，对渗碳层强度起着特别有害的影响；3）含碳量沿深度的变化(也称浓度梯度)要和缓，表层和心部之间的过渡区无明显分界，以避免在使用过程中产生渗层剥落现象；4）过共析、共析层应占整个渗碳层厚度的6070，最低限度应不小于50，这样，淬火后才得到大致均匀的硬度，也不妨碍对渗碳层的最后研磨。固体渗碳是通过把零件埋在装满固体渗碳剂（主要成分是木炭，并有碳酸钠碳酸钡等作催渗剂）的容器中加热，在高温下通过碳与催渗剂的化学反应分解出活性碳原子，渗入零件表面的热处理工艺。其过程中主要反应如下： C + CO2 2CO CO2+C 工件BaCO3+C(木炭) BaO2+CONa2CO3+C(木炭) Na2O+2CO2COCO2+C对钢件渗碳层的技术要求主要是渗层表面含碳量、深层深度、有表层含碳量和渗层深度决定的碳浓度梯度、深层淬火回火后表面硬度，对重要渗碳零件还 经常规定对表层及心部最后的金相组织要求（包括碳化物分布的级别、残留奥氏体等级、表层和心部组织粗细等）。2.1.3 渗碳件的热处理与组织钢件渗碳后，从表到心部依次形成了一个碳浓度梯度层。渗碳后缓冷，将得到珠光体类型的组织，由表面向内依次为过共析区（珠光体+网状渗碳体）、共析区（珠光体）、亚共析区（珠光体+铁素体，且铁素体的量由外向内不断增加），直至原始组织。显然，这种组织既满足不了渗碳件表面高硬度、高耐磨性的要求，也满足不了心部耐磨性和良好强韧性的要求。为了满足这些要求，必须进行淬火和回火，对某些钢还要进行冷处理。常见的渗碳后热处理方法有以下几种： 1. 直接淬火：在工件渗碳后，预冷到一定温度，然后立即进行淬火冷却。这种方法一般适用于气体渗碳或液体渗碳。2. 一次加热淬火：渗碳后缓冷，再次加热淬火。如图2-1所示。 图2-1 一次加热淬火工艺图3. 两次淬火：渗碳缓冷后，进行再次加热淬火。第一次淬火温度在Ac3以上，第二次淬火加热温度选择在高于渗碳层成分的Ac1点温度（780820）。不论采用哪种淬火方法，渗碳件的最终淬火后要经150190的低温回火。这种低温回火可以消除部分内应力，并使残留奥氏体趋于稳定。零件经过渗碳之后，由于表面层和心部的含碳量相差较大，表面和心部热处理的相变温度发生了较大的差异；同时长时间高温渗碳引起晶粒细化，使钢的性能恶化。这些影响因素都给渗碳后的热处理造成了困难。所以在实际生产中，要根据渗碳后的各种具体情况，分别采取不同的热处理方法，主要根据以下几个方面选定：1） 渗碳零件所用的钢材类别；2） 组织、性能要求；3） 生产效率和经济效益；4） 渗碳方法与设备。 但是固体渗碳因为是把渗碳件放在渗碳箱中密封后，再放入渗碳炉中高温渗碳，所以固体渗碳不便于直接淬火操作，通常可采用以下两种方案：方案一：渗碳完毕，先使渗碳件随箱冷却至500，然后拿出渗碳件置于空气中正火处理；方案二：渗碳完毕，打开炉子，取出渗碳件置于空气中正火冷却至室温后，重新加热再淬火、回火处理。过共析 共析 亚共析 原始组织图2-2 渗碳后正火冷却从表层到心部的组织变化两种方案各有其优缺点。鉴于实验室条件有限，本实验将采取第一种热处理方案。 渗碳件在淬透情况下，表层金相组织为淬火马氏体+残留奥氏体+二次渗碳体（普通钢自渗碳温度直接淬火时也可以不出现），心部为低碳马氏体。回火后表层为回火马氏体+残留奥氏体+部分二次渗碳体，心部为回火低碳马氏体。 2.1.4 渗碳件的性能渗碳件的性能是渗层和心部的组织结构及渗层深度与工件直径相对比例等因素的综合反应。1. 渗碳层的组织结构 其组织结构包括渗碳层碳浓度分布曲线、基体组织、渗层中的第二相分布、数量和形状。一般希望渗层浓度梯度平缓。表面含碳量应控制在0.9左右。渗层中的残余奥氏体的量不宜超过30，2. 心部组织对渗碳件性能的影响 合适的心部组织应为低碳马氏体。但在零件尺寸较大时，也允许为曲氏体或索氏