渗碳淬火浅谈

渗碳淬火浅谈－－华北地区第十六届热解决技术交流会论文集

-10-11摘自：北京市总工会技术英才网作者：陈进磊郑树林

摘要：大型重载齿轮在冶金、矿山、建材、起重、运输等重型机械传动中占有重要的地位，硬齿面大型重载齿轮能够减少传动所需功率、增大承载能力、减少成本、提高使用寿命。气体渗碳淬火是实现齿面硬化的重要办法，在化学热解决快速发展的同时，总是有新的或是老的问题重复的出现，这里我就据自己的一点理解谈谈渗碳淬火的工艺。核心词：表面脱碳，网状碳化物，渗碳层深，一次淬火，二次淬火大多数的渗碳钢都采用低含碳量高合金材料，在齿面渗碳淬火后，心部还能确保一定良好的机械性能，我们厂大多采用的渗碳钢种为20CrMnMo，20CrNi2Mo，17Cr2Ni2Mo，始终以来我们沿用渗碳工艺采用为渗碳+一次淬火+回火。需要达成的规定为：1.表面高倍组织重要涉及回火马氏体和游离碳化物。允许存在可见的低于20％的残存奥氏体。2.不允许有互相连接的完全包围晶粒的网状碳化物。3.在500X不应有可见的完全脱碳现象。4.表面碳含量从试棒上拟定，表面含碳量的抱负值应为0.7～0.9％。5.不允许有在500X下可见的微小裂纹。6.晶间氧化不适宜超出试棒表面下的0.025mm7.心部高倍组织达成使齿轮能够被适宜的奥氏体化，从而对其进行硬化。在放大500X不允许有可见的块状铁素体，高倍组织应重要涉及回火马氏体。在工艺的执行过程中，许多厂家都会碰到这样的状况；1.渗碳结束后，试块表层有网状碳化物，这是造成后期淬火裂纹及磨削裂纹的重要因素。2.渗碳结束后，工件表面硬度达不到抱负硬度值，这种状况比较复杂，在排除设备及工艺因素的基础上，多数认为是由于工件齿面表面脱碳造成的，也有由于加热温度不当，保温时间不当或是冷却速度不够等因素造成的(如图四)。3.残存奥氏体偏多。它的形成因素是由于第一，加热温度高，第二加热时间长，第三，冷却设备的限制，造成过冷度的增加。残存奥氏体的存在是必然的，在工件完全奥氏体化后通过淬火冷却，一部分奥氏体是来不及转变的，特别是对于渗碳钢而言，整体的奥氏体区上移(图三)，而表层高碳区奥氏体区下降，同时Mf线下降到0℃

3月份，我厂的φ1.6×1.8就曾经出现过持续4炉次工件出现网状碳化物的现象，我们对此做了严格的分析。表面网状碳化物的形成应当是多方面的因素，第一、在高温渗碳阶段后期，也就是扩散阶段，如果碳势偏高，表面碳含量自然会偏高，随着奥氏体区的整体上移，表面高碳点已经跨过Acm线下方，在渗碳结束的同时，已有一部分二次渗碳体析出，沿奥氏体晶粒呈包围网状。第二、渗碳温度过高，时间过长，造成晶粒快速长大，在冷却过程中，如果速度不够快，碳化物就必然会沿粗大晶界处析出，最后形成网状(如图一、二)。我们的出发点是解决炉体本身，首先炉内碳势不能过高，另首先从工艺上讲确保碳化物尽量不要析出。解决的办法是将炉子空炉状态下空烧，排除炉体在长时间渗碳过程中造成的积碳；用专用的十万分天平做铁箔实验，定准几个渗碳状态碳势；以φ40mm的渗碳试棒放入吊挂孔，用图四：500×(含碳量0.40％，硝酸酒精腐蚀)以做表面碳化物的实验，同时做剥层实验。这就有效的控制了炉体本身因素所造成的表面碳化物超标。如果炉内碳势正常的状况下，与否也存在形成网？有这种状况，层深在一定程度上决定了它的最后状态，随着层深的增加奥氏体会逐步长大，如果渗碳结束后冷却速度不够快的话，碳化物会沿着粗大晶粒的晶界处形成网。这种状况能够适宜的加紧冷却的速度，由于快冷的作用，使这个过程成为了细化晶粒的过程，首先碳化物析出的数量少，另首先碳化物呈颗粒状存在，使它形不成网状，很大程度上消除了网碳带来的隐患。如果炉子的冷却能力达不到，能够采用二次淬火工艺。在实际生产过程中，我们根据本身的经验及现有设备条件探索出下列三种可行性渗碳淬火工艺：1.渗碳一次淬火工艺：

一次淬火工艺如上图所示，工件通过渗碳后冷却至一定温度保温一段时间，速度快的话，在高碳的渗碳层中只有少量的碳化物析出，减少奥氏体的含碳量，提高Ms点，使淬火下来的残存奥氏体量减少，提高淬火硬度。然后重新加热淬火，加热温度的选择应兼顾表层和心部，使表层不至过热，而心部有得到充足强化，建议可选择略高于AC3的温度(约830～860℃)，如果要强调表层的组织和性能，则应加热至AC1～AC3之间进行不完全淬火。淬火后还需低温回火(160～200℃)，以消除淬火应力，减少脆性。2.渗碳直接淬火工艺：直接淬火工艺是将工件自渗碳温度欲冷到淬火温度，进行油冷淬火，预冷到淬火温度的同时，亦能够减少淬火热应力，减小变形；在高碳的渗碳层中有少量的碳化物析出，减少奥氏体的含碳量，提高Ms点，使淬火下来的残存奥氏体量减少，提高淬火硬度。淬火后还需低温回火(160～200℃)，以消除淬火应力，减少脆性。但容易使工件晶粒粗大，建议浅渗层使用。3.渗碳二次淬火工艺：

对于性能规定很高的零件，或是由本质粗晶粒钢制成的零件，渗碳后应采用二次淬火法，其工艺曲线如上图所示，第一次淬火温度在主部的AC3以上(约850～890℃)，目的是细化心部的组织，改善心部的性能，同时能够消除表层的网状碳化物；对心部的性能规定不太高时，能够用正火替代第一次淬火。第二次淬火加热至AC1+30～50℃，进行不完全淬火，目的是细化表层组织，使表层获得细小的隐晶马氏体加均匀细小的颗粒状碳化物组织，并减少残存奥氏体量。淬火后还需低温回火(160～200℃)，以消除淬火应力，减少脆性。如果通过上面的渗碳十二次淬火后，加180℃低温回火，金相组织出来成果表明各项指标均达成规定，其成果完全达标。下表是我们曾经做过的工作令为JS0405011的渗碳淬火件通过二次淬火所达成的组织状态，相对一次淬火和直接淬火而言，它所达成的成果更靠近我们抱负的成果，至于机械性能不会有太大的差别。

以上这些工艺手段在很大程度上解决了现在生产所碰到的实际问题，特别是对网状碳化物，固然工艺的执行最后是为了达成工件的使用性能，不管采用那种渗碳工艺，都要根据它的实际使用状况，生产中出现的问题可能正是工件使用中出现失效的本源，因此工艺的进步是建立在工件使用条件的变化上的，对的选择并变通工艺是工艺进步的核心。表面解决延长模具使用寿命(一)

-07-18摘自：北京市总工会技术英才网本文访问次数：23

塑料制模机

现在，我们需要理解非常多的有关塑料制模和如何你制作或运行的高价值的模具上得到最佳性能。这个指南用于提供重要的技巧和有关模具涂层的信息。在阅读之后，你应当什么涂层（从非常传统的到最新推出的）将协助你获得你和你的客户盼望的生产水平。毕竟，这些模具是一种投资，并且为了制模产品的寿命，它们需要被保护。涂层的核心作用在向你介绍当今市场上范畴广泛的涂层之前，注意涂层在有效的防止性维护（PM）程序方面所扮演的角色是非常重要的。PM真正是保护你的模具、你的投资的核心。为什么？由于它节省时间和资金。一旦你投资于模具涂层以提高模具性能，于是PM程序普通是确保你得到最大利润的一种好主意。这两步在任何一种工厂内都是明确的。记住，没有涂层能永久保持，而用一种涂层磨损的模具生产达不到原则的零件决不能赢得客户并保持盈利。PM可能是你能使用的最经济的方略。核心是要教会你的员工有关模具的涂层是如何在生产过程中磨损的。每种涂层都是不同的，因此让员工理解如何断定涂层何时体现出退化是有好处的，特别是诸如浇口和流道等高磨损区域。例如，浇口内和浇口周边区域粘有硬铬镀层的磨损是你的模具需要服务的第一种信号。你如何能断定有磨损呢？铬镀层大概比钢材基体硬HRC20度，因此钢材暴露将比它周边的涂层表面磨损得更快，引发表面上轻微的或明显的棱边或“台阶”。相反地，镍几乎将是均匀地磨损，产生一种“羽状”效应，使其更难于分辨磨损。一种更可识别的区别将是颜色，由于当镍涂层磨损时，它在钢件上生成一种阴影或晕圈效应。与看起来略微失去光泽的镍涂层相比，钢件也将含有一种更银亮的外观。通过PM程序的一种极其重要的特性，这种知识使得模具在涂层磨损之前就去维护。错过重要的磨损信号意味着更高得维修成本和额外的抛光费用。镍硼氮化物被一致地沉积并被用于有特别需要的场合。它还含有耐蚀的作用，并且能达成HRC67的硬度。◆

测量磨损推荐用于测量任何涂层磨损水平的工具是一种电子的厚度量规，它结合使用磁力和涡流电流以精确地测量表面厚度。当模具初次达成你的工厂时，花点时间使用这种特殊的工具来测量表面厚度，特别是高磨损区域。当你用该模具进行生产时，不时地暂停以再次测量那些区域。当你已经拟定涂层的磨损达成一种核心水平时，取出模具并把它送到外面去维护。◆

零件计数确保完好地统计厚度量规测量的成果，并且以此创立该模具维护需求的历史统计。安装在模具上的一种循环计数器将使模具工程师能在统计磨损水平时比较生产的零件数量，从而使PM程序的效果加倍。零件计数是拟定维护需求的一种较好的办法，特别是大批量的制模项目。从刚开始制模起，保持一种精确的零件计数，始终到它的初次维护作业。把那个计数作为下次维护到期的一种基准。由于你懂得大概什么时侯模具将需要再次修整，你能规定涂层厂商提前安排这个服务。这不仅能使他有充足的时间安排你的模具维护的进度，并且使你最优化模具和制模设备的使用。

二、涂层的挑战即使是现在，仍有人质疑使用价格高昂（有时更昂贵）的涂层来延长模具寿命或提高性能的好处。对某些人来说，可靠的和确切的硬铬涂层和非电镀镍涂层就是他们实现那些目的的全部需求。但是我们都懂得当今的工程塑料材料对于注塑模是有相称大的损害的。模具维护的挑战的延伸超越了玻璃和矿物填料，涉及稻壳、木纤维、金属粉末、阻燃剂和其它添加剂（不用说树脂本身）。另外，起除气和除水的酸普通随着着磨料磨损，使得昂贵的模具的服务费用更高。另外，模具设计复杂性的增加涉及更细小、更错综复杂的流道和更频繁地使用活动型芯和滑块。全部这些因素已经增进了能使模具在两次维修之间运转更长的多个模具涂层的开发。新的涂层科技如果你正用模具制作非常复杂的使用玻璃填充材料的零件，你可能认为使用硬铬涂层将是足够充足的，由于它是保护模具免受腐蚀和磨损的一种典型、可靠的办法。可是尽管它有诸多好处，硬铬涂层在象加强筋和凸台等细节复杂的区域不容易涂得一致。有一种更新的方案-镍钴合金涂层能克服那个限制。诸如很深的加强筋、凸台和有纹理的表面等复杂细节能被涂层并当使用镍-PTFE涂层时将提高脱模能力。镍钴涂层镍钴涂层能够是硬铬涂层的一种经济的替代方案。硬铬涂层规定构建一种一致的阳极对模具进行涂层。模具的细节越复杂，制作阳极耗费的时间越多，并且工艺变得更昂贵。这种镍钴合金涂层不需要涂层，并且由于其非电镀的特性，它结合的一致性要好得多。钴为它提供良好的耐磨性，但其硬度为HRC62，比硬铬涂层低10度。为硬铬涂层优秀的磨损保护能力支付额外费用值得吗?你必须要考虑模具内正在运转的材料。玻璃的比例是多少？腐蚀比磨损有更多的影响吗？◆

金刚石铬涂层硬铬涂层和镍钴合金涂层为耐磨性提供两种非常好的解决方案，但是对于耐磨性规定非常高的工况，一种叫做金刚石铬涂层的更新产品提供格外的保护。它的洛氏硬度值不不大于85，并且它是一种铬基复合散布的纳米级球形金刚石颗粒的涂层。既然金刚石有无与伦比的硬度，这种涂层提供超出原则的保护。即使它们的洛氏硬度值相称，但是金刚石铬涂层优于氮化钛（TiN）涂层，由于它将不会在涂层模具的尺寸完整性方面妥协。区别在于它仅能应用于大概130oF，而规定的应用温度为800oF或更高。金刚石铬涂层能在预硬、热解决或渗氮的钢件和其它诸如铝合金、铜铍合金和不锈钢等基体材料上涂层。推荐的使用场合涉及型芯、型腔、滑块、推顶套和回转式及退扣式型芯。它的防咬合性能对于活动型芯和滑块是有优势的。金刚石铬涂层的剥离性也非常好，并且对基体材料没有副作用，当需要维护时节省时间和资金。就TiN涂层的剥离性而言，采用过氧化基的溶液可能耗费几天时间才干去除。在腐蚀溶液中使用反相电蚀，金刚石铬涂层能在数分钟内剥离。另外，金刚石铬涂层在百万分之20英寸到0.001英寸之间以任意控制的厚度被沉积。TiN普通仅应用于百万分之几英寸的薄涂层。金刚石铬涂层能涂覆复杂的细节，而TiN的复杂细节涂覆能力非常有限。然而TiN是非常光滑的，摩擦系数（COF）为0.4（相对于钢件），金刚石铬涂层的摩擦系数为0.15，光滑程度提高近三倍。

三◆

镍-氮化硼涂层就制模工需要的能提供极佳的脱模性能和很高的耐磨损、耐热及耐蚀的特殊涂层而言，应当考虑包含氮化硼颗粒的非电镀镍-磷基涂层。它含有非常低的摩擦系数（相对于钢件为0.05）和洛氏54度的硬度，在热解决后硬度能提高到HRC67（一种独特的特性）。镍-氮化硼涂层仅在185oF时能被应用于任何基体，并且能容易地剥离而不损害基体材料。即使它的价格比镍-PTFE涂层大概贵20%，这种涂层在不超出1250oF时将优于镍-PTFE涂层，远远超越全部PTFE基涂层在500oF时的最大限制。由于应用镍-氮化硼涂层是一种自动催化的工艺，它不需要阳极，因此节省时间和资金。另外，它将不会损害模具的导热性。应用场合涉及用于罩盖的退扣式型芯，缩短加工节拍是至关重要的。当为了从深加强筋、不抽取型芯、纹理表面和“粘”的聚合物中获得更加好的脱模而需要光滑时，一种镍-PTFE涂层将大幅提高零件的脱模性能并提高树脂流动性，加工节拍缩短多达4%到8%。相对于钢件的摩擦系数为0.10。应当注意，将纯的PTFE应用于模具增加了很高的润滑能力，但仅仅是一种时间非常短的好处。PTFE本身并不硬，因此它不持久。但是散布的体积为25%的PTFE与镍共同沉积获得HRC45度的硬度，提高了耐磨性和耐蚀性。可靠且确切尽管有新的涂层科技，我们不能抛弃传统、可靠的涂层，就像现在还存在的硬铬涂层和非电镀镍涂层。无疑它们仍然有其用处。◆

硬铬涂层例如，硬铬涂层最大的优势是它的硬度为洛氏72度并且能被应用于130oF的低温。当应用它最纯的形式时，它使你在制模时获得任意SPI的精度。硬铬涂层普通是电路保护器模具的一种较好的选择，由于他们使用的材料包含多达40%的玻璃。为了协助避免腐蚀并保护模具浇口及其周边的区域免于严重的损坏，普通推荐使用一种高质量的金刚石抛光，为了增强防护能力，接下来涂一层0.0003到0.0005英寸的硬铬镀层。不利的一面可能是成本，由于铬涂层可达成的区域受阳极的限制。如果你的模含有复杂的细节，它可能需要一致性特别好的阳极构造，而那样做增加了项目的时间和费用。另一种可能的缺点是铬的环境影响-铬是一种致癌物质。某些公司正在试图开发更加好、更清洁的替代品，但是迄今从模具的观点看，比不上硬铬涂层的好处。◆

非电镀的镍涂层象硬铬涂层那样，非电镀的镍涂层已经成功地使用很数年了，特别是在诸如PVC或卤化的阻燃剂等材料生成腐蚀性逸出气体的场合保护模具。看到这些树脂产生橘黄的锈迹是常见的，几乎就在你眼前腐蚀未受保护的模具。用于电子或医疗行业的这些材料进行制模的产品普通不能容忍任何氧化的副产品出现。非电镀的镍涂层对于抵制氧化有极佳的体现，由于它涂得非常一致，薄薄的涂层厚度在0.0002到0.0003英寸。甚至是细节复杂零件的致密区域，洛氏硬度50度的非电镀镍涂层对于防护腐蚀是抱负的。它能以非常精确的0.002到0.003英寸的厚度进行沉积，并且能进行磨削或EDM加工。因此，非电镀镍涂层普通被用于闪亮的铬下面的尺寸加厚、用于扩大带螺纹的型芯和镶块或精密尺寸的型腔。它对于整个模架、A板和B板、顶板支架、推板和支撑板也做得较好，提供数年的维修少、不生锈的加工。合金球墨铸铁初轧辊生产和热解决工艺研究（一）

－－华北地区第十六届热解决技术交流会论文

-06-18摘自：北京市总工会技术英才网作者：梁谨齐增生本文访问次数：31

合金球墨铸铁专用球化剂

摘要：本文分析了大型方板坯初轧机的使用条件和初轧辊的技术规定，提出采用合金球墨铸铁材质能够满足初轧辊的使用规定。喷雾淬火工艺能够有效减少或消除铸态组织中的牛眼状铁素体，提高轧辊的综合力学性能。通过实验，拟定了初轧辊的最佳热解决工艺参数。生产成果表明，采用880-920℃加热，喷雾淬火加吹风续冷，540-580℃回火的热解决工艺，辊身工作层金相组织为球状石墨加回火索氏体和少量碳化物，抗拉强度不不大于700MPa,硬度42-48HS。核心词：初轧辊，合金球墨铸铁，热解决工艺1前言大型方板坯初轧机是用来轧制板坯和大方坯，例如宝钢80年代中期投产的1300mm初轧机，设计用来轧制120－250×650－1600mm板坯，200×200mm，225×225mm方坯。随着着连铸技术的快速发展，初轧机的发展和使用，经历了一种从兴盛、并存到衰亡的过程。90年代以前，是初轧机发展兴盛时期，陆续建成750mm以上初轧机19台。90年代后来，连铸比从20%发展到90年代末的90%以上，初轧机和连铸并存，初轧机的功效逐步被取代。90年代末期到现在，国内连铸比始终保持在90%以上，初轧板坯被连铸所取代，在轧制产品上，初轧机起到一种补充作用，有的厂家，初轧机处在闲置状态。在合金钢棒线材连轧生产中，初轧机仍然含有独特的优势。初轧机轧制合金钢的方坯，提供应5机架棒线材连轧机组，生产不同规格的合金棒材。初轧机生产的特点是，一是以钢锭为原料，轧制温度高，钢锭变形量大，造成开坯时轧辊承受大的热冲击，容易造成辊身表面或孔槽底部产生大量的热裂纹。二是压下量大，轧制扭矩大，大型方板坯轧制道次压下量达成80-100mm，轧制压力达成-4000吨，最大轧制扭矩达成650-910吨米。三是方坯初轧机轧制负荷小，断辊不是重要问题，规定有较好的耐磨性以提高其轧制量。据此，对于大型方板坯初轧机，提出其技术规定为，辊身抗拉强度不不大于600MPa，硬度42-48HS，辊颈抗拉强度不不大于392MPa。2初轧辊材质选择根据初轧辊的使用规定，轧辊材质普通有两种选择，一种是合金铸钢或锻钢，一种是合金球墨铸铁。合金铸钢或锻钢的材质有50CrNiMo或70CrMnMo等，通过正火解决，金相组织是索氏体，含有较高的强度和一定的塑性和冲击韧性，在初轧机的使用上获得满意的效果。含有七十年代水平宝钢1300mm方板坯初轧机，其2号轧机使用的是合金球墨铸铁轧辊。由于合金球铁轧辊含有良好的导热性和抗热疲劳的能力，在该机架使用中获得了良好的使用效果。轧辊国产化的研制中，如何选择轧辊的化学成分和热解决工艺是面临的重要问题。分析了合金元素对于合金球铁组织和性能的影响。碳和硅是重要的石墨化元素，硅的存在促使铁素体的量增加。由于球墨铸铁凝固过冷倾向大，易产生白口组织，规定含有较高的碳当量。碳当量过高有产生石墨漂浮和石墨粗大的倾向。取碳当量为4.0-4.3%为宜。磷在大直径轧辊的生产中，是要严格控制的元素。在铸铁凝固过程中磷的分派系数是0.2，共晶转变完毕后，残留液相中的磷含量相称高，生成二元磷共晶(Fe3P+Y)或三元磷共晶(Y+Fe3C+Fe3P)。磷共晶分布在共晶团晶界上，呈多角形，性质硬而脆，容易造成应力集中，减少了球铁的强度、塑性和韧性。因此对于直径达ψ1350mm的初轧辊来说，磷含量应控制在0.05%下列。硫严重影响石墨球化，控制在0.03%下列。锰有助于减少硫的有害作用，并且少量的锰有助于稳定和细化珠光体，但高含量的锰溶入奥氏体和碳化物中，使白口化倾向加大。铬是强碳化物形成元素，合金球铁轧辊中，铬含量超出0.2%，就会出现游离碳化物，并使轧辊硬度升高。溶入基体中的铬、锰起到强化基体的作用。因此为了使球铁获得良好的强度和塑性，铬、锰元素普通控制在较低的范畴。镍是非碳化物形成元素，凝固后存在于铁素体和奥氏体中，起到稳定奥氏体和细化珠光体的作用，提高了轧辊的强度和塑性。对于珠光体组织的合金球铁，镍含量大多控制在1.5-2.5%的范畴。钼是强烈增进珠光体组织形成的元素，并且细化珠光体组织，大量的钼由于偏析倾向加剧，在晶界上形成高硬度和稳定的含钼碳化物的可能增加，将减少球铁的塑性。普通控制在0.8%下列。基于以上分析，球墨铸铁初轧辊的化学成分设计如表1所示。

合金球墨铸铁轧辊

3合金球墨铸铁初轧辊热解决工艺研究3.1热解决工艺方案和实验办法选择合金球铁初轧辊锻造组织中，石墨细小均匀，但存在大量的牛眼状铁素体，造成总体硬度偏低。如果采用消除应力退火的热解决工艺(600—650℃)，将不能有效改善铁素体的分布，提高轧辊的强度，硬度，特别是轧辊的疲劳强度。牛眼状铁素体的存在，能够使球铁含有良好的塑性和承受冲击载荷的能力，对于轧辊的使用来说，合金球铁初轧辊经受弯曲疲劳过程，在热应力作用下，在辊身表面产生细小的热裂纹，并且在疲劳载荷作用下会快速扩展，有时形成环裂而造成辊身断裂。因此提高辊身基体组织的疲劳强度是重要的。含有牛眼状铁素体组织的球墨铸铁，疲劳裂纹较多的在铁素体基体中扩展，从而减小了裂纹扩展抗力，减少了疲劳强度[3。为此，对于热解决工艺的选择，在考虑现有工艺装备的基础上，采用喷雾淬火和高温回火的工艺，其目的是减少或消除牛眼状铁素体，增加珠光体的含量，提高基体组织的强度和硬度，使轧辊达成技术条件所规定的强度和硬度规定。采用的实验办法是，在铸态辊身端部切取试样，运用箱式高温电阻炉在不同温度加热对试样进行奥氏体化，观察金相组织并检测硬度，来拟定最佳奥氏体化温度。在拟定的奥氏体化温度下，对试样加热，并空冷，制成回火用原始试样，运用箱式中温电阻炉进行最佳回火温度的实验，观察金相组织并检测硬度。3.2奥氏体化温度的拟定从表3和表4的实验成果能够看出，880℃以上奥氏体化加热