特殊热处理真空渗碳 (2).ppt

《特殊热处理真空渗碳 (2).ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《特殊热处理真空渗碳 (2).ppt（34页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、特殊特殊热处理真空渗碳理真空渗碳现在学习的是第1页，共34页渗碳气的分解过程渗碳气的分解过程|甲烷的具体反应过程：甲烷的具体反应过程：CH4=CH3+HCH4+CH3=C2H6+HC2H6=C2H4+H2 C2H4=C2H2+H2 C2H2=2C+H2|催化剂的作用：铁和钢的表面对甲烷分解起了良好的催化催化剂的作用：铁和钢的表面对甲烷分解起了良好的催化作用。作用。CH4=C+2H2|1000以上分解较完全。以上分解较完全。2现在学习的是第2页，共34页渗碳气的吸收阶段渗碳气的吸收阶段|化学反应在表层生成渗碳体：化学反应在表层生成渗碳体：3Fe+CH4=Fe3C+2H2薄层渗碳体分解出原子并向内

2、部扩散；薄层渗碳体分解出原子并向内部扩散；|渗碳气分解产生的活性碳原子吸附在钢表面并融入奥渗碳气分解产生的活性碳原子吸附在钢表面并融入奥氏体内；氏体内；|化学热处理的过程：化学热处理的过程：|表面净化过程表面净化过程|吸附反应过程吸附反应过程|吸收扩散形成渗层吸收扩散形成渗层3现在学习的是第3页，共34页渗碳过程的扩散阶段渗碳过程的扩散阶段|渗碳气中的碳浓度与奥渗碳气中的碳浓度与奥氏体中饱和溶解度相等，氏体中饱和溶解度相等，则：则：|dT=802.6t1/2/10（6700/T）=25.4Kt1/2dT总渗碳深度，总渗碳深度，mmt-渗碳时间，渗碳时间，h T-渗碳温度，渗碳温度，+460 K

3、-渗碳速度系数。渗碳速度系数。|渗碳温度提高，渗碳效渗碳温度提高，渗碳效率大大提高。率大大提高。渗碳温度、时间渗碳温度、时间与总渗碳深度的关系曲线与总渗碳深度的关系曲线4现在学习的是第4页，共34页真空渗碳工艺真空渗碳工艺|零件的清洗零件的清洗|零件的放置零件的放置|升温及均热升温及均热|均热目的均热目的|均热时均热时间的确定间的确定|渗碳期及扩散期渗碳期及扩散期5现在学习的是第5页，共34页渗碳期及扩散期渗碳期及扩散期|渗碳剂|渗碳温度|渗碳方式|渗碳气的流量与渗碳压力|渗碳时间|渗碳期与扩散期时间的确定|脉冲渗碳方式的脉冲周期和次数的确定|渗碳后热处理6现在学习的是第6页，共34页渗碳温度

4、的确定渗碳温度的确定渗碳温度的适用范围渗碳温度的适用范围温度范围零件形状特点渗碳层深度零件类别渗碳气体1040较简单，外形要求不高深凸轮、轴齿轮 CH4C3H8+N2980一般一般C3H8C3H8+N2980以下形状复杂，变形要求严，渗层要求均匀较浅柴油机喷嘴等 C3H8C3H8+N27现在学习的是第7页，共34页真空渗碳工艺流程真空渗碳工艺流程几种真空渗碳工艺流程几种真空渗碳工艺流程8现在学习的是第8页，共34页时间的确定时间的确定|渗碳时间渗碳时间T|渗碳期时间渗碳期时间:Tc=T(C1-C0)/(C2-C0)2|Tc 渗碳时间，渗碳时间，h|C1渗碳后的表面浓度（技术要求渗碳后的表面浓度

5、（技术要求)|C2渗碳结束后表面碳浓度（渗碳温度下奥氏体最大碳溶解渗碳结束后表面碳浓度（渗碳温度下奥氏体最大碳溶解度）度）|C0原材料的含碳量原材料的含碳量9现在学习的是第9页，共34页电动机齿轮的真空渗碳电动机齿轮的真空渗碳20CrMo电机齿轮的形状电机齿轮的形状电机齿轮在料筐的堆放方式电机齿轮在料筐的堆放方式1-料筐，料筐，2-齿轮，齿轮，3-垫圈，垫圈，4-螺母，螺母，5-螺栓螺栓10现在学习的是第10页，共34页渗碳层的分布渗碳层的分布|材料：20CrMo|渗层深度：0.38mm及0.64mm|硬度583HRC|带花键的内孔要求防渗|丙烷加氮气脉冲式渗碳，充气至2.6610-4Pa，脉

6、冲时间5min。11现在学习的是第11页，共34页齿轮真空渗碳后的金相组织齿轮真空渗碳后的金相组织齿轮（0.38mm渗层）真空渗碳后金相组织照片（400）a）齿顶处 b)齿工作面 c）心部12现在学习的是第12页，共34页齿轮真空渗碳后的金相组织齿轮真空渗碳后的金相组织齿轮（0.64mm渗层）真空渗碳后金相组织照片（400）a）齿顶处 b)齿工作面 c）心部13现在学习的是第13页，共34页电动机齿轮渗碳层金相电动机齿轮渗碳层金相渗碳后表面金相组织照片渗碳后表面金相组织照片a）真空渗碳（）真空渗碳（130)b)滴注法气体渗碳（滴注法气体渗碳（600）14现在学习的是第14页，共34页电动机齿轮

7、渗碳层成分分析电动机齿轮渗碳层成分分析被氧化晶界处的探针分析a）O扫描分析 b)Mn扫描分析 c）Cr扫描分析15现在学习的是第15页，共34页阀门电动装置零件阀门电动装置零件真空渗碳后的阀门电动装置阀门电动装置零件的真空渗碳工艺16现在学习的是第16页，共34页蜗杆内渐开线花键孔真空渗碳蜗杆内渐开线花键孔真空渗碳气体渗碳后内渐开线花键孔的金相组织（退火）25真空渗碳后内渐开线花键孔的金相组织（退火）2517现在学习的是第17页，共34页真空渗氮真空渗氮现在学习的是第18页，共34页概述概述|真空渗氮技术是利用真空加热时工件表面清洁无氧化等特点，采用真空热处理在负压下进行渗氮；|渗氮后工件表面

8、硬度高，脆性小，渗氮层均匀能满足尖锐刃口刀具与冷冲模的技术要求。|真空渗氮时,将真空炉排气至较高真空度(110-1Pa),然后将真空炉内工件升至(530 560),同时送入以氨气为主的,含有活性物质的多种复合气体,并对各种气体的送入量进行精确控制,炉压控制在665Pa,保温(3 5)h 后实施炉内惰性气体的快速冷却。根据不同的材质,经此处理后可得到(20 80)m硬度为(600 1500)HV 的硬化层。19现在学习的是第19页，共34页真空脉冲渗氮影响因素真空脉冲渗氮影响因素|渗氮温度渗氮温度：真空渗氮温度过高，合金化合物粗大，渗氮：真空渗氮温度过高，合金化合物粗大，渗氮温度过低，渗层浅，合

9、金化合物少，硬度低；温度过低，渗层浅，合金化合物少，硬度低；|炉压炉压：炉压上限越高，渗层的深度和硬度也好真空度越高，：炉压上限越高，渗层的深度和硬度也好真空度越高，硬度和渗层的厚度较好；硬度和渗层的厚度较好；|氮化时间氮化时间：时间增加，硬度增加，且有化合物层出现硬度：时间增加，硬度增加，且有化合物层出现硬度增加越明显，渗层也加深。脉冲时间过长，渗层变薄，增加越明显，渗层也加深。脉冲时间过长，渗层变薄，排出气不能充分燃烧，时间过短，表面脆性大排出气不能充分燃烧，时间过短，表面脆性大|氨气流量氨气流量：流量越多硬度越高，渗层加深：流量越多硬度越高，渗层加深20现在学习的是第20页，共34页4C

10、r5MnSiV1钢热挤压模真空渗氮工艺钢热挤压模真空渗氮工艺|真空渗氮是在低压状态下产生活性氮原子渗入并向钢真空渗氮是在低压状态下产生活性氮原子渗入并向钢中扩散而实现硬化的中扩散而实现硬化的“真空排气式氮碳共渗真空排气式氮碳共渗”处理；处理；|一般渗氮温度为一般渗氮温度为530560，保温时间，保温时间35h|低温碳氮共渗的渗层厚度只有在开始氮化的前低温碳氮共渗的渗层厚度只有在开始氮化的前34h 内增加内增加显著，而后明显减慢。显著，而后明显减慢。|Q：压铸模具工作时：压铸模具工作时,因集中性的急冷急热因集中性的急冷急热,服役条件过服役条件过严严,表面易发生热冲击裂纹、热粘着、熔损、浸蚀等缺陷

11、。表面易发生热冲击裂纹、热粘着、熔损、浸蚀等缺陷。对压铸型腔模以提高抗热冲击性能为主对压铸型腔模以提高抗热冲击性能为主,以防止龟裂发生以防止龟裂发生;对铸芯或浇口、顶杆等以提高抗粘着、熔损、浸蚀为对铸芯或浇口、顶杆等以提高抗粘着、熔损、浸蚀为主。主。21现在学习的是第21页，共34页4Cr5MnSiV1钢真空渗氮试验钢真空渗氮试验|热处理工艺：热处理工艺：1040 80min真空淬火真空淬火 +605 180min真空回火处理两次真空回火处理两次,|试样尺寸：试样尺寸：20mm 15mm 6mm；|试样材料：试样材料：试验材料4CrMnSiV化学成分（质量分数）/%22现在学习的是第22页，共

12、34页真空渗氮工艺流程真空渗氮工艺流程真空脉冲渗氮工艺曲线23现在学习的是第23页，共34页六组试验结果六组试验结果4Cr5MoSiV 钢制铝型材热挤压模真空渗氮试验结果24现在学习的是第24页，共34页4Cr5MnSiV1钢真空渗氮层组织钢真空渗氮层组织|真空渗氮层组织中均无脉状晶组织存在。真空渗氮层组织中均无脉状晶组织存在。|通过对氨流量及炉压的调控，可以获得仅有扩散层渗氮层和白亮化合通过对氨流量及炉压的调控，可以获得仅有扩散层渗氮层和白亮化合物层物层/扩散层的渗氮层两层。扩散层的渗氮层两层。真空渗氮层的显微组织400 a）N2 b）N3ab白亮层25现在学习的是第25页，共34页白亮化合

13、物层的获得及渗层厚度白亮化合物层的获得及渗层厚度|氨流量的变化：氨流量的变化：(N1、N2、N3、N6的比对）的比对）|适当提高氨流量。可降低氨的分解率适当提高氨流量。可降低氨的分解率,减少工件表面氮减少工件表面氮气和氢气的吸附气和氢气的吸附,从而增大工件表面对活性氮原子的吸收从而增大工件表面对活性氮原子的吸收,使使渗层的厚度和硬度得到有效提高渗层的厚度和硬度得到有效提高,|同时还通过循环交替的通入同时还通过循环交替的通入NH3和抽真空来调控炉内的氨和抽真空来调控炉内的氨量量,以得到无化合物层、仅有扩散层的渗层组织以得到无化合物层、仅有扩散层的渗层组织(显微组织显微组织图中的图中的N2),随着

14、氨流量达到一定值时随着氨流量达到一定值时,工件表面活性氮原工件表面活性氮原子的浓度梯度不断增大子的浓度梯度不断增大,当超过了其在当超过了其在xFe中的溶解度后中的溶解度后,就会在表层开始形成白亮氮化物层就会在表层开始形成白亮氮化物层(显微组织图中的显微组织图中的N3)。26现在学习的是第26页，共34页白亮化合物层的获得及渗层厚度白亮化合物层的获得及渗层厚度|N4前期加大氨流量以增大工件表面的活性氮原子的浓度梯度前期加大氨流量以增大工件表面的活性氮原子的浓度梯度,强化强化氮原子不断由表面向内部的扩散氮原子不断由表面向内部的扩散,从而可增加扩散层的厚度从而可增加扩散层的厚度,而后期又而后期又减小

15、了氨流量减小了氨流量,可避免表面形成白亮氮化物层可避免表面形成白亮氮化物层,从而获得较为理想的渗层从而获得较为理想的渗层厚度及表面显微硬度厚度及表面显微硬度(N4 ),|相反相反,试验试验N5中前期采用小的氨流量中前期采用小的氨流量,影响了扩散层厚度的增加影响了扩散层厚度的增加,而后而后期采用大的氨流量期采用大的氨流量,促进了表面形成了白亮氮化物层。促进了表面形成了白亮氮化物层。27现在学习的是第27页，共34页渗氮层显微硬度分布渗氮层显微硬度分布|N3(白亮层白亮层+扩散层）扩散层）,N4（仅有扩散（仅有扩散层）硬度分布都较为平缓；层）硬度分布都较为平缓；|N4的硬度分布比的硬度分布比N3更

16、为平缓，这与更为平缓，这与N3的试样表层形成白亮氮化物，造成相的试样表层形成白亮氮化物，造成相邻的次表层合金元素的贫化，使得最邻的次表层合金元素的贫化，使得最外层的白亮层与次表层的硬度梯度特外层的白亮层与次表层的硬度梯度特别陡峭，会影响到热挤模在热挤压过别陡峭，会影响到热挤模在热挤压过程中所承受的热疲劳状态，产生渗层程中所承受的热疲劳状态，产生渗层剥离现象，降低挤压寿命。有文献认剥离现象，降低挤压寿命。有文献认为，仅有扩散层而无氮化物层（白亮为，仅有扩散层而无氮化物层（白亮层）的氮化层韧性最好层）的氮化层韧性最好28现在学习的是第28页，共34页真空渗氮层的性能真空渗氮层的性能|真空渗氮优点之

17、一就是通过对真空渗氮优点之一就是通过对送入含活性物质的复合气体种送入含活性物质的复合气体种类和量的控制可以得到几乎没类和量的控制可以得到几乎没有化合物层有化合物层(白亮层白亮层),而只有扩而只有扩散层的组织。散层的组织。|没有白亮层的原因据推测是因为在没有白亮层的原因据推测是因为在真空炉排气至真空度为真空炉排气至真空度为110-1Pa 很低的压力中处理的很低的压力中处理的,最重要的一最重要的一个是带有活性物质的复合气体在短个是带有活性物质的复合气体在短时间内向钢中扩散生成的扩散层组时间内向钢中扩散生成的扩散层组织。这种组织的极大优点是耐热冲织。这种组织的极大优点是耐热冲击性、抗龟裂性能优异。击

18、性、抗龟裂性能优异。1000次试验后断面裂纹的数量和长度磨损量与摩擦时间的关系29现在学习的是第29页，共34页真空渗氮热挤压模的工作试验真空渗氮热挤压模的工作试验|N3试验模表层白亮化合物与次表层的硬度梯度较陡，减弱了两者间试验模表层白亮化合物与次表层的硬度梯度较陡，减弱了两者间的结合力，降低了其在热挤压过程中的接触疲劳强度，造成渗层剥的结合力，降低了其在热挤压过程中的接触疲劳强度，造成渗层剥落，严重影响了挤压通过量；落，严重影响了挤压通过量；|N4说明仅有扩散层的渗层，其耐磨性还有待进一步的提高；说明仅有扩散层的渗层，其耐磨性还有待进一步的提高；|提高仅有扩散层的渗层硬度，适当厚度的白亮层

19、与扩散层的合理结合，提高仅有扩散层的渗层硬度，适当厚度的白亮层与扩散层的合理结合，真空渗氮试验模挤压通过量30现在学习的是第30页，共34页4Cr5MoSiV1钢挤压模真空渗氮结果钢挤压模真空渗氮结果|基本上消除渗层中的脉状晶组织，可通过改变基本上消除渗层中的脉状晶组织，可通过改变炉压级氨流量来调控渗层组织结构，提高渗层炉压级氨流量来调控渗层组织结构，提高渗层质量，真空渗氮层的显微硬度分布较平缓，仅质量，真空渗氮层的显微硬度分布较平缓，仅有扩散层的渗层硬度分布更理想；有扩散层的渗层硬度分布更理想；|工艺设备简单，节省主原料氨气用量；工艺设备简单，节省主原料氨气用量；|真空渗氮的试验模通过考察其

20、挤压通过量发现，真空渗氮的试验模通过考察其挤压通过量发现，适当的渗氮层厚度（适当的渗氮层厚度（0.120.15），仅有扩散），仅有扩散层的明显优于有白亮层层的明显优于有白亮层+扩散层的。扩散层的。31现在学习的是第31页，共34页H13，3Cr2W8V模具钢真空脉冲渗氮生产模具钢真空脉冲渗氮生产|渗氮层组织均匀而致密，没有明显的孔隙或夹杂，这对材料的耐磨性、耐腐蚀性、耐疲劳性、抗咬合性均有很好的作用。a)H13,b)3Cr2W8V模具钢真空渗氮层的显微组织500ab渗氮层组织分析的结果32现在学习的是第32页，共34页H13，3Cr2W8V模具钢渗氮层显微结构模具钢渗氮层显微结构|在真空条件下

21、，气体具有更多的运动机会，扩散更迅速。在真空脉冲渗氮过程中，采用脉冲送气和抽气方式，炉内氨气不断更新，避免出现滞留气体，使模具各表面经常能与新鲜的氨气接触，因而可以得到均匀的渗层。|真空脉冲渗氮时，随着炉气压力的降低，由于局部脱气作用使表面化合物层内的孔隙程度减轻或消失，因而形成致密的化合物层。33现在学习的是第33页，共34页H13，3Cr2W8V模具钢渗氮层脆性及硬度模具钢渗氮层脆性及硬度|H13，3Cr2W8V经脉冲渗氮后的渗氮层脆性小、化合物层薄、扩散经脉冲渗氮后的渗氮层脆性小、化合物层薄、扩散层较厚、硬度较高。层较厚、硬度较高。|炉温升到渗氮温度时，一部分氨分子在被模具表面吸附并发生分解，炉温升到渗氮温度时，一部分氨分子在被模具表面吸附并发生分解，如如2NH3=3H2+2N所述；随后活性氮原子所述；随后活性氮原子N 以间隙固熔体形式渗以间隙固熔体形式渗入模具表面。入模具表面。|在渗氮保温时，一方面表层渗氮；另一方面氮向里层扩散，形成一定在渗氮保温时，一方面表层渗氮；另一方面氮向里层扩散，形成一定深度的氮层。两段渗氮的主要目的是降低渗层白亮层的厚度。深度的氮层。两段渗氮的主要目的是降低渗层白亮层的厚度。H13，3Cr2W8V渗氮层脆性和表面硬度34现在学习的是第34页，共34页