浅谈渗碳热处理的控制与缺陷分析

1、浅谈渗碳热处理的控制与缺陷分析 通常机械工件在完成机加工之后需要进行渗碳处理，来提高表面硬度、耐磨性能以及解除疲劳强度的等。但是在实际的渗碳热处理过程中，常常会出现各种缺陷导致的最终的产品不能使用或者寿命降低。本文主要针对渗碳热处理的控制以及缺陷进行了分析，对实际的渗碳热处理具有一定的指导意义。 材料为钢的机械零件为了得到较高的表面质量，一般都需要进行渗碳热处理，来提高零件表面的强度、硬度、接触疲劳强度和弯曲疲劳强度。渗碳处理是将刚件放入到渗碳的介质中加热并保温一段时间，使碳原子能够渗入到刚件的表面，使的刚件表面的碳浓度增加。渗碳属于金属表面处理的一种，对于低碳钢和低合金钢的应用较多；通过将活

2、性渗碳介质和工件加热至900-1000的单相奥氏体，保温一定时间之后，碳原子进入到刚件的表层，但是钢件心部仍然保持原样。1.渗碳热处理工艺1.1.渗碳热处理渗碳之后的钢件其表面的化学成分接近于高碳钢。通常，钢件在渗碳之后要经过淬火处理，来达到高的表面硬度、耐磨性和疲劳强度，并实现钢件心部具有低碳钢淬火后的强韧性，使得钢件既具有非常好的表面质量优能承受冲击载荷。渗碳工艺广泛的应用于航空航天、船舶海洋、汽车工业等行业。1.2.渗碳热处理渗碳热处理按使用的渗碳剂可分为如下三大类：固体渗碳法：以木炭为主剂的渗碳法；体渗碳法：以氰化钠（nacn）为主剂之渗碳法；气体渗碳法：以天然气、丙烷、丁烷等气体为主

3、剂的渗碳法。1.2.1.固体渗碳法先将处理工件去锈，以适当的间隔（2025以上）排列于渗碳箱中，周围填围渗碳剂，加盖以粘土封密装入电气炉。加热保持一定时间。在炉中经过所定后，在炉内慢慢冷却或者由炉中拖出空冷，后进行热处理。 渗碳钢的表面为高碳钢，心部为低碳钢，有必要施行适用各部份的硬化处理，一般进行一次淬火将心部组织微细化，其次进行二次淬火将渗碳层硬化，最后进行回火使硬化层的组织安定化。但依钢材的种类及使用目的而有适当的热处理，镍铬钢、镍铬钼钢等的结晶粒粗大化少，未必要一次淬火，渗碳后实施球状化退火者已达一次淬火的目的，亦无此必要；一次淬火的淬火温度高，变形大，容易脆裂，要尽量避免；渗碳层浅的

4、小工件通常省略一次淬火。二次淬火后，施行回火，消除应力，赋予韧性，防止时效变形，要求高硬度者在150以下长时回火，忌讳时效变形者，可在稍高的180200回火。1.2.2.液体渗碳法液体渗碳是以氰化钠（nacn）为主成分，所以同时能渗碳亦能氰化，所以亦称为渗碳氮化（carbonitriding），有时亦称为氰化法（cyaniding）。处理温度约以700界，此温度以下以氮化为主，渗碳为辅，700以上则渗碳为主，氮化为辅，氮化之影响极低。一般工业上使用时，系以渗碳作用为主。液体渗碳法虽硬化层薄，但渗碳时间短，故内部应力较少，同时因c、n同时惨入，所以耐磨性佳。1.2.3.气体渗碳法气体渗碳，由于适

5、合大量生产化，作业可以简化，质量管理容易算特点，目前最普遍被采用。此法有变成气体（或称发生气体）及滴注式之两种。 变成气体方式之方法是将碳化气体（c4h10，c3h8，ch4等）和空气相混合后送入变成炉（gas generator），在炉内10001100之高温下，使碳化氢和空气反应而生成所谓变成气体（converted gas），由变成炉所生成的气体有各种称呼，本文方便上叫做变成气体。变成气体以co、h2、n2，为主成份，内含微量co2、h2o、ch4，然后将此气体送进无外气泄入的加热炉内施行渗碳。渗碳时，因所需的渗碳浓度不同，在变成气体内添加适当量的c4h10、c3h8、ch4等以便调渗碳

6、浓度。2.渗碳热处理控制2.1.渗碳热处理的常见缺陷渗碳热处理的常见缺陷有碳浓度过高、表面局部贫碳、表面产生六角形裂纹等。碳浓度过高产生原因是渗碳时急剧加热，温度又过高或固体渗碳时用全新渗碳剂，或用强烈的催渗剂过多都会引起渗碳浓度过高的现象。随着碳浓度过高，工件表面出现块状粗大的碳化物或网状碳化物。由于这种硬脆组织产生，使渗碳层的韧性急剧下降。并且淬火时形成高碳马氏体，在磨削时容易出现磨削裂纹。碳浓度过低产生的原因是温度波动很大或催渗剂过少都会引起表面的碳浓度不足。最理想的碳浓度为0.91.0%之间，低于0.8%c，零件容易磨损。渗碳后表面局部贫碳产生的原因固体渗碳时，木炭颗粒过大或夹杂有石块

7、等杂质，或催渗剂与木炭拌得不均匀，或工件所接触都会引起局部无碳或贫碳。工件表面的污物也可以引起贫碳。2.2.缺陷的控制碳浓度过高的解决方法是不能急剧加热，需采用适当的加热温度，不使钢的晶粒长大为好。如果渗碳时晶粒粗大，则应在渗碳后正火或两次淬火处理来细化晶粒；严格控制炉温均匀性，不能波动过大，在反射炉中固体渗碳时需特别注意；固体渗碳时，渗碳剂要新、旧配比使用。催渗剂最好采用47%的baco3，不使用na2co3作催渗剂。表面局部贫碳的处理方法是渗碳温度一般采用920940，渗碳温度过低就会引起碳浓度过低，且延长渗碳时间；渗碳温度过高会引起晶粒粗大；催渗剂(baco3)的用量不应低于4%。渗碳浓度加剧过渡在进行渗碳处理时应该将固体渗碳剂一定要按比例配制，搅拌均匀。装炉的工件注意不要有接触。固体渗碳时要将渗碳剂捣实，勿使渗碳过塌而使工件接触。去除表面的污物。表面产生六角形裂纹的防止方法是淬火后必须经过充分回火或多次回火，消除内应力。采用4060粒度的软质或中质