金属材料渗碳淬火工艺综述.docx

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1、金属材料渗碳淬火工艺综述摘要：渗碳与淬火在金属材料热处理中占有很重要的地位，渗碳是目前机械制造工业中应 用最广泛的一种化学热处理方法，能提高材料的耐磨性和疲惫强度；淬火是热处理工艺中最 重耍，也用途最广泛的工序，能显著提高金属材料的强度和硬度。关键词：渗碳，淬火，耐磨性，强度，硬度1、渗碳工艺1.1、 渗碳原理将低碳钢件放入渗碳介质中，在850950C加热保温，使活性碳原子渗入钢件外表并 获得高渗碳层的工艺方法叫做渗碳。齿轮、凸轮、轴类等很多重要机械零件还有模具经过渗 碳及随后的淬火并低温回火后，可以获得很高的外表硬度、耐磨性以及高的接触疲惫强度和 弯曲疲惫强度，而心部仍保持低碳，具有良好的塑

2、性和韧性，因此处理后的材料既能承受磨 损和较高的外表接触应力及冲击负荷的作用。渗碳属于化学热处理，过程由分解、吸附和集中三个基本过程组成，发生的化学反响如 下：2C0- C +C02Fe+ C f FeCCH4- C +2H21.2、 渗碳分类依据渗碳剂的不同，渗碳方法有固体渗碳、气体渗碳和离子渗碳。常用的是前两种，尤 其是气体渗碳应用最为广泛。固体渗碳是将低碳件放入装满固体渗碳剂的渗碳箱中，密封后送入炉中加热至渗碳温度 保温，以便活性碳原子渗入工件表层。固体渗碳剂由肯定颗粒度的木炭加碳酸盐混合而成。 渗碳温度一般为900930,渗碳保温时间视层深要求确定，一般需要十几个小时。固体 渗碳加热时

3、间长，生产效率低，劳动条件差，渗碳深度及质量不易掌握。气体渗碳是把零件放入含有气体渗碳介质的密封高温炉中进行碳的渗入过程的渗碳方 法。这种渗碳方法通常是将煤油或丙酮等液态碳氢化合物直接滴入高温渗碳炉中，使其热裂 分解为活性碳原子并渗入零件外表。气体渗碳温度一般为920950。气体渗碳工艺过程 通常可划分为升温排气、渗碳（包括强渗和集中）、降温冷却三个阶段，如图1所示：时间/min图1井式炉滴注式气体渗碳工艺过程1. 3、渗碳优化为了充分发挥渗碳层的作用，使零件外表获得高硬度和耐磨性，心部保持足够的强度和 韧性，金属材料在渗碳后必需进行热处理，进行预冷、淬火、低温回火处理。渗碳件经淬火 并低温回

4、火后，表层组织为高碳细针状回火马氏体组织加细粒状渗碳体及少量剩余奥氏体, 硬度为5862HRC。2、淬火工艺淬火简介将钢加热至临界点Acs或Ac1以上肯定温度，保温后以大于临界冷却速度的速度的冷却 得到马氏体（或下贝氏体）的热处理工艺叫做淬火。淬火的目的就是为了使它的组织全部或 大部转变为马氏体，获得高硬度，然后在适当温度下回火，使工件具有预期的性能。淬火 可以提高金属工件的硬度及耐磨性，因而广泛用于各种工、模、量具及要求外表耐磨的零件 （如齿轮、轧辐、渗碳零件等）。通过淬火与不同温度的回火协作，可以大幅度提高金属的 强度、韧性及疲惫强度，并可获得这些性能之间的协作（综合机械性能）以满意不同的

5、使用要求钢铁工件在淬火后具有以下特点：得到了马氏体、贝氏体、剩余奥氏体等不平衡（即 不稳定）组织。存在较大内应力。力学性能不能满意要求。因此，钢铁工件淬火后一般 都要经过回火。1.1、 淬火温度的选择淬火加热温度的选择应以得到匀称细小的奥氏体晶粒为原那么，以便淬火后获得细小的马 氏体组织。淬火温度主要依据钢的临界点确定，亚共析钢通常加热至Acs以上3050；共 析钢、过共析钢加热至Aci以上3050。对于低合金钢，淬火温度亦应依据临界点Aci或 AC3确定，考虑合金元素的作用，为了加速奥氏体化，淬火温度可以偏高些，一般为Ac1或 AC3以上50100。高合金工具钢含有较多强碳化合物形成元素，奥

6、氏体晶粒粗化温度高， 那么可以实行更高的淬火加热温度。45钢、A3钢,这两种都属于亚共析钢,45钢的AC3值是790, A3钢的Ac?值是810, Crl2的Ac?值是900。45钢的淬火温度应当在810到840之间;A3钢的淬火温度在840 到890之间;Crl2的淬火温度在930到980之间。2. 3、淬火介质钢从奥氏体状态冷至Ms点以下所用的冷却介质叫淬火介质。介质冷却力量越大，钢的 冷却速度越快，越简单超过钢的临界淬火速度，那么工件越简单淬硬，淬硬层的深度越深。常 用的淬火介质有水、盐水或碱水溶液及各种矿物油等。以上介质各有优缺点。水的冷却力量 大，但冷却特性不好；由冷却特性好，但冷却

7、力量又低。45钢、A3钢Crl2的Ms点都是220。3. 4、淬火方法选择适当的淬火方法同选择淬火介质一样，可保证在获得所要求的淬火组织和性能条件 下尽量减小淬火应力，削减工件变形和开裂趋向。常用的淬火方法有单液淬火、双液淬火、 分级淬火和等温淬火。3.1、 模具热处理方式模具材料主要为45#钢、A3钢，也有不少用的是Crl2合金。采纳的热处理方式是碳氮 共渗f淬火（淬火介质是盐水或淬火油）f低温回火。钢的碳氮共渗：碳氮共渗是向钢的表层同时渗入碳和氮的过程。习惯上碳氮共渗又称为 氟化，目前以中温气体碳氮共渗和低温气体碳氮共渗（即气体软氮化）应用较为广泛。中温 气体碳氮共渗的主要目的是提高钢的硬

8、度，耐磨性和疲惫强度。低温气体碳氮共渗以渗氮为 主，其主要目的是提高钢的耐磨性和抗咬合性。3.2、 热处理常见的问题在热处理常见的问题是模具消失变形、开裂的状况。模具热处理后变形和开裂的主要缘由:（1）、材质问题：S、P、Si等元素含量超过我国标准，或气孔、氧化物夹杂过多，都是导 致热处理后模具开裂的主要缘由。（2）、热处理操作工艺的问题：淬火时，工件温度、零件外形、是否准时回火，都会导致零 件开裂。（3）、模具设计不合理。（4）、工人操作不当。3.3、 主要材料45#的热处理工艺1）对热处理设施及相应设施进行检查。检查循环水系统是否畅通无阻，箱体密封圈是否 完整，确认到达要求后，按以下程序进

9、行操作。2）从动力配电柜给井式渗碳炉送电。3）合上渗碳炉掌握柜空气开关。4）设定渗碳炉温度（870）o5）翻开循环水系统。6）当炉温升至300时启动风机。7）当温度升至780,滴入酒精进行排气，7090滴/分钟。8）炉温升至87010时，炉内废气排尽，方可工件装炉。9）装炉后酒精滴入量120160滴/分钟，快速排气，废气排尽后改为7090滴/分钟.10）炉温升至8700c时,匀温0. 5小时,关闭酒精。11）进入强渗阶段：煤油100150滴/分钟,三乙醇氨4070滴/分钟,压力120210 mm水柱,强渗9小时，降温至850。C进入集中阶段。 集中阶段：煤油4080滴/分钟,三乙醇氨5080滴

10、/分钟,压力60120mm水柱。 集中时间为3小时。13）集中阶段结束后，停止加热，出炉淬火。14）工件全部出炉后，盖上炉盖，炉温自然降温至100C时，关闭循环水.15）附碳氮共渗工艺图，如图2所示。850集中阶段3小时时间870 强渗阶段9小时图2 45#钢碳氮共渗工艺图执行此工艺之后，模具的硬度到达了 60HRC以上，耐磨性和抗断裂性能都有很大提高, 明显提高了模具的寿命。3、结论渗碳淬火在模具制造、机械制造等很多行业起到了特别重要的作用。长期的生产实践中 采纳的碳氮共渗一淬火（淬火介质是盐水或淬火油）一低温回火的热处理工艺取到了显著的 效果，提高了模具的寿命，使模具的耐磨性、疲惫强度、抗压强度都有了很大的提高。参考文献1）崔忠圻主编，金属学与热处理.机械工业出版社2007年2）简明热处理手册编写组，简明热处理手册,北京出版社1985年3）热处理学会编写，热处理手册.机械工业出版社2001年