滲碳、滲氮及碳氮共滲

1.低碳鋼滲碳、滲氮及碳氮共滲
滲碳是傳統的表面化學熱處理工藝,滲碳鋼(低碳低合金鋼、低碳高合金高溫滲碳鋼)經滲碳淬火后表面高硬耐磨、心部強韌。滲碳工藝發展一方面是滲碳介質的改進,如加入增加滲速的添加劑,采用強滲--擴散的交替循環工藝提高滲速、改善滲層組織等。
隨著真空技術的發展,出現了真空低壓滲碳及等離子滲碳。易普森等公司開發的乙炔低壓滲碳工藝是在10mbar以下的低壓下,以乙炔為滲碳介質在真空爐內進行。其特點是滲速快、滲層均勻、碳黑少、滲后工件光亮;另外,對滲層要求較薄的沖壓滾針軸承類零件碳氮共滲或滲碳而言,滲層深度、成分的控制及如何提高滲速更是一大難題,采用真空低壓滲碳技術將有利用解決這些問題。
對高合金滲碳鋼進行等離子滲碳可提高滲速、減少表面粗大碳化物的形成。對低碳鋼制滾針軸承內外圈及保持架采用滲氮或碳氮共滲,可提高其耐磨性及耐蝕性、降低摩擦系數。
2.高碳鉻軸承鋼的滲碳或碳氮共滲
高碳鉻軸承鋼一般是整體淬硬,淬后的殘余應力為表面拉應力狀態,易造成淬火裂紋、降低軸承的使用性能。通過對其進行滲碳、滲氮或碳氮共滲,提高表層的碳、氮含量,降低表面層的Ms點,在淬火過程中表面后發生轉變而形成表面壓應力,提高耐磨性及滾動接觸疲勞性能。最近的研究還表明:高碳鉻軸承鋼經滲碳或碳氮共滲后還可提高軸承在污染條件下的接觸疲勞壽命。一般,在淬火加熱時,通過控制氣氛的碳(氮)勢,可達到以上目的。但如果對高碳鉻軸承鋼進行超常滲碳(碳勢>2%),則必須加大加工余量,去除滲碳淬火后表層的粗大碳化物。
3.工藝控制
滲碳(滲氮或碳氮共滲)氣氛的檢測和控制是關鍵參數,最早是采用露點儀、CO2紅外分析儀,目前主要采用氧探頭來檢測碳勢(或氮勢),其反應速度快,可進行實時監控,配合CO2紅外分析儀或其他測量措施(如易普森開發的HydroNit探頭)可對碳勢(或氮勢)實行精確控制。
工藝控制的另一方面是滲碳(滲氮或碳氮共滲)過程的計算機模擬控制。碳在鋼中傳遞和擴散的計算機模擬開始于20世紀80年代,之后進一步開發了人機對話軟件(Carb-o-Prof),使人們可以現場計算不同鋼種在滲碳過程中任一時間碳的傳遞與擴散速度。該軟件考慮了溫度、碳勢等工藝參數變化的影響,可以實現所需的表面碳含量及滲層深度的工藝參數的計算,并能根據工藝過程中的參數發生的變化或出現的干擾自動調整碳勢、滲碳時間等工藝參數,以達到工件預定的要求。最近,又推出了“Carb-o-Prof-Expert”專家系統。該軟件集成了大多數滲碳鋼及滲碳淬火的物理冶金知識、設備性能、工件的技術要求等數據,只要向計算機輸入工件的鋼種、重量、幾何尺寸、淬透性、滲層要求及爐型等數據,計算機便會輸出一個滲碳工藝,并自動實現該工藝。

 

鑄件的手工造型
表面加熱淬火

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