真空滲碳-教學(xué)

真空滲碳1真空滲碳原理滲碳?xì)獾姆纸飧呒兲烊粴猓–H4）或丙烷直接通入爐內(nèi)。CH4=C+2H2-45.2kJC3H8=C2H4+

CH4吸收階段擴(kuò)散階段2滲碳?xì)獾姆纸膺^程甲烷的具體反應(yīng)過程：CH4=CH3+HCH4+CH3=C2H6+HC2H6=C2H4+

H2C2H4=C2H2+

H2C2H2=2[C]

+

H2

催化劑的作用：鐵和鋼的表面對(duì)甲烷分解起了良好的催化作用。CH4=[C]

+

2H21000℃以上分解較完全。3滲碳?xì)獾奈针A段化學(xué)反應(yīng)在表層生成滲碳體：3Fe+CH4=Fe3C+2H2薄層滲碳體分解出原子并向內(nèi)部擴(kuò)散；滲碳?xì)夥纸猱a(chǎn)生的活性碳原子吸附在鋼表面并融入奧氏體內(nèi)；化學(xué)熱處理的過程：表面凈化過程吸附反應(yīng)過程吸收擴(kuò)散形成滲層4滲碳過程的擴(kuò)散階段滲碳?xì)庵械奶紳舛扰c奧氏體中飽和溶解度相等，則：dT=802.6t1/2/10（6700/T）=25.4Kt1/2dT總滲碳深度，mmt-滲碳時(shí)間，hT-滲碳溫度，℉+460K-滲碳速度系數(shù)。滲碳溫度提高，滲碳效率大大提高。滲碳溫度、時(shí)間與總滲碳深度的關(guān)系曲線5真空滲碳工藝零件的清洗零件的放置升溫及均熱均熱目的均熱時(shí)間的確定滲碳期及擴(kuò)散期6滲碳期及擴(kuò)散期滲碳劑滲碳溫度滲碳方式滲碳?xì)獾牧髁颗c滲碳?jí)毫B碳時(shí)間滲碳期與擴(kuò)散期時(shí)間的確定脈沖滲碳方式的脈沖周期和次數(shù)的確定滲碳后熱處理7滲碳溫度的確定滲碳溫度的適用范圍溫度范圍零件形狀特點(diǎn)滲碳層深度零件類別滲碳?xì)怏w1040較簡單，外形要求不高深凸輪、軸齒輪CH4C3H8+N2980一般一般C3H8C3H8+N2980以下形狀復(fù)雜，變形要求嚴(yán)，滲層要求均勻較淺柴油機(jī)噴嘴等C3H8C3H8+N28真空滲碳工藝流程幾種真空滲碳工藝流程9時(shí)間的確定滲碳時(shí)間TdT=802.6t1/2/10（6700/T）=25.4Kt1/2T=Tc+TD滲碳期時(shí)間:Tc=T×[(C1-C0)/(C2-C0)]2Tc滲碳時(shí)間，h/TD擴(kuò)散時(shí)間，hC1滲碳后的表面濃度（技術(shù)要求)C2滲碳結(jié)束后表面碳濃度（滲碳溫度下奧氏體最大碳溶解度）C0原材料的含碳量10電動(dòng)機(jī)齒輪的真空滲碳20CrMo電機(jī)齒輪的形狀電機(jī)齒輪在料筐的堆放方式1-料筐，2-齒輪，3-墊圈，4-螺母，5-螺栓11齒輪真空滲碳工藝路線12滲層要求為0.38mm的齒輪真空滲碳工藝滲層要求為0.64mm的齒輪真空滲碳工藝滲碳層的分布材料：20CrMo滲層深度：0.38mm及0.64mm硬度58±3HRC帶花鍵的內(nèi)孔要求防滲丙烷加氮?dú)饷}沖式滲碳，充氣至2.66×10-4Pa，脈沖時(shí)間5min。13齒輪真空滲碳后的金相組織齒輪（0.38mm滲層）真空滲碳后金相組織照片（×400）a）齒頂處b)齒工作面c）心部14齒輪真空滲碳后的金相組織齒輪（0.64mm滲層）真空滲碳后金相組織照片（×400）a）齒頂處b)齒工作面c）心部15電動(dòng)機(jī)齒輪滲碳層金相滲碳后表面金相組織照片a）真空滲碳（×130)b)滴注法氣體滲碳（×600）16電動(dòng)機(jī)齒輪滲碳層成分分析被氧化晶界處的探針分析a）O掃描分析b)Mn掃描分析c）Cr掃描分析17閥門電動(dòng)裝置零件真空滲碳后的閥門電動(dòng)裝置閥門電動(dòng)裝置零件的真空滲碳工藝18蝸桿內(nèi)漸開線花鍵孔真空滲碳?xì)怏w滲碳后內(nèi)漸開線花鍵孔的金相組織（退火）25×真空滲碳后內(nèi)漸開線花鍵孔的金相組織（退火）25×19蝸桿滲碳變形結(jié)果種類外徑/mm內(nèi)徑/mm內(nèi)孔漸開線花鍵/mm全齒高/mm徑節(jié)/mm硬度/HRC真空滲碳0~0.020~0.010.062~0.080~-0.03-0.01~-0.0358氣體滲碳0~0.040.01~-0.010.118~-0.220~-0.07-0.02~0.055520真空滲氮21概述真空滲氮技術(shù)是利用真空加熱時(shí)工件表面清潔無氧化等特點(diǎn)，采用真空熱處理在負(fù)壓下進(jìn)行滲氮；滲氮后工件表面硬度高，脆性小，滲氮層均勻能滿足尖銳刃口刀具與冷沖模的技術(shù)要求。真空滲氮時(shí),將真空爐排氣至較高真空度(1×10-1Pa),然后將真空爐內(nèi)工件升至(530～560)℃,同時(shí)送入以氨氣為主的,含有活性物質(zhì)的多種復(fù)合氣體,并對(duì)各種氣體的送入量進(jìn)行精確控制,爐壓控制在665Pa,保溫(3～5)h后實(shí)施爐內(nèi)惰性氣體的快速冷卻。根據(jù)不同的材質(zhì),經(jīng)此處理后可得到(20～80)μm硬度為(600～1500)HV的硬化層。22真空脈沖滲氮影響因素滲氮溫度：真空滲氮溫度過高，合金化合物粗大，滲氮溫度過低，滲層淺，合金化合物少，硬度低；爐壓：爐壓上限越高，滲層的深度和硬度也好真空度越高，硬度和滲層的厚度較好；氮化時(shí)間：時(shí)間增加，硬度增加，且有化合物層出現(xiàn)硬度增加越明顯，滲層也加深。脈沖時(shí)間過長，滲層變薄，排出氣不能充分燃燒，時(shí)間過短，表面脆性大氨氣流量：流量越多硬度越高，滲層加深234Cr5MnSiV1鋼熱擠壓模真空滲氮工藝真空滲氮是在低壓狀態(tài)下產(chǎn)生活性氮原子滲入并向鋼中擴(kuò)散而實(shí)現(xiàn)硬化的“真空排氣式氮碳共滲”處理；一般滲氮溫度為530~560℃，保溫時(shí)間3~5h低溫碳氮共滲的滲層厚度只有在開始氮化的前3~4h內(nèi)增加顯著，而后明顯減慢。Q：壓鑄模具工作時(shí),因集中性的急冷急熱,服役條件過酷,表面易發(fā)生熱沖擊裂紋、熱粘著、熔損、浸蝕等缺陷。對(duì)壓鑄型腔模以提高抗熱沖擊性能為主,以防止龜裂發(fā)生;對(duì)鑄芯或澆口、頂桿等以提高抗粘著、熔損、浸蝕為主。244Cr5MnSiV1鋼真空滲氮試驗(yàn)熱處理工藝：1040℃×80min真空淬火+605℃×180min真空回火處理兩次,試樣尺寸：20mm×15mm×6mm；試樣材料：試驗(yàn)材料4CrMnSiV化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）/%25真空滲氮工藝流程真空脈沖滲氮工藝曲線264Cr5MnSiV1鋼真空滲氮層組織真空滲氮層組織中均無脈狀晶組織存在。通過對(duì)氨流量及爐壓的調(diào)控，可以獲得僅有擴(kuò)散層滲氮層和白亮化合物層/擴(kuò)散層的滲氮層兩層。真空滲氮層的顯微組織×400a）N2b）N3ab白亮層27六組試驗(yàn)結(jié)果4Cr5MoSiV鋼制鋁型材熱擠壓模真空滲氮試驗(yàn)結(jié)果28白亮化合物層的獲得及滲層厚度氨流量的變化：(N1、N2、N3、N6的比對(duì)）適當(dāng)提高氨流量?？山档桶钡姆纸饴?減少工件表面氮?dú)夂蜌錃獾奈?從而增大工件表面對(duì)活性氮原子的吸收,使?jié)B層的厚度和硬度得到有效提高,同時(shí)還通過循環(huán)交替的通入NH3和抽真空來調(diào)控爐內(nèi)的氨量,以得到無化合物層、僅有擴(kuò)散層的滲層組織(顯微組織圖中的N2),隨著氨流量達(dá)到一定值時(shí),工件表面活性氮原子的濃度梯度不斷增大,當(dāng)超過了其在α—Fe中的溶解度后,就會(huì)在表層開始形成白亮氮化物層(顯微組織圖中的N3)。29白亮化合物層的獲得及滲層厚度N4前期加大氨流量以增大工件表面的活性氮原子的濃度梯度,強(qiáng)化氮原子不斷由表面向內(nèi)部的擴(kuò)散,從而可增加擴(kuò)散層的厚度,而后期又減小了氨流量,可避免表面形成白亮氮化物層,從而獲得較為理想的滲層厚度及表面顯微硬度(N4),相反,試驗(yàn)N5中前期采用小的氨流量,影響了擴(kuò)散層厚度的增加,而后期采用大的氨流量,促進(jìn)了表面形成了白亮氮化物層。30滲氮層顯微硬度分布N3(白亮層+擴(kuò)散層）,N4（僅有擴(kuò)散層）硬度分布都較為平緩；N4的硬度分布比N3更為平緩，這與N3的試樣表層形成白亮氮化物，造成相鄰的次表層合金元素的貧化，使得最外層的白亮層與次表層的硬度梯度特別陡峭，會(huì)影響到熱擠模在熱擠壓過程中所承受的熱疲勞狀態(tài)，產(chǎn)生滲層剝離現(xiàn)象，降低擠壓壽命。有文獻(xiàn)認(rèn)為，僅有擴(kuò)散層而無氮化物層（白亮層）的氮化層韌性最好31真空滲氮層的性能真空滲氮優(yōu)點(diǎn)之一就是通過對(duì)送入含活性物質(zhì)的復(fù)合氣體種類和量的控制可以得到幾乎沒有化合物層(白亮層),而只有擴(kuò)散層的組織。沒有白亮層的原因據(jù)推測是因?yàn)樵谡婵諣t排氣至真空度為1×10-1Pa很低的壓力中處理的,最重要的一個(gè)是帶有活性物質(zhì)的復(fù)合氣體在短時(shí)間內(nèi)向鋼中擴(kuò)散生成的擴(kuò)散層組織。這種組織的極大優(yōu)點(diǎn)是耐熱沖擊性、抗龜裂性能優(yōu)異。1000次試驗(yàn)后斷面裂紋的數(shù)量和長度磨損量與摩擦?xí)r間的關(guān)系32真空滲氮熱擠壓模的工作試驗(yàn)N3試驗(yàn)?zāi)１韺影琢粱衔锱c次表層的硬度梯度較陡，減弱了兩者間的結(jié)合力，降低了其在熱擠壓過程中的接觸疲勞強(qiáng)度，造成滲層剝落，嚴(yán)重影響了擠壓通過量；N4說明僅有擴(kuò)散層的滲層，其耐磨性還有待進(jìn)一步的提高；提高僅有擴(kuò)散層的滲層硬度，適當(dāng)厚度的白亮層與擴(kuò)散層的合理結(jié)合，真空滲氮試驗(yàn)?zāi)D壓通過量334Cr5MoSiV1鋼擠壓模真空滲氮結(jié)果基本上消除滲層中的脈狀晶組織，可通過改變爐壓級(jí)氨流量來調(diào)控滲層組織結(jié)構(gòu)，提高滲層質(zhì)量，真空滲氮層的顯微硬度分布較平緩，僅有擴(kuò)散層的滲層硬度分布更理想；工藝設(shè)備簡單，節(jié)省主原料氨氣用量；真空滲氮的試驗(yàn)?zāi)Ｍㄟ^考察其擠壓通過量發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)?shù)臐B氮層厚度（0.12~0.15），僅有擴(kuò)散層的明顯優(yōu)于有白亮層+擴(kuò)散層的。34H13，3Cr2W8V模具鋼真空脈沖滲氮生產(chǎn)滲氮層組織均勻而致密，沒有明顯的孔隙或夾雜，這對(duì)材料的耐磨性、耐腐蝕性、耐疲勞性、抗咬合性均有很好的作用。a)H13,b)3Cr2W8V模具鋼真空滲氮層的顯微組織500×ab滲氮層組織分析的結(jié)果35H13，3Cr2W8V模具鋼滲氮層顯微結(jié)構(gòu)在真空條件下，氣體具有更多的運(yùn)動(dòng)機(jī)會(huì)，擴(kuò)散更迅速。在真空脈沖滲氮過程中，采用脈沖送氣和抽氣方式，爐內(nèi)氨氣不斷更新，避免出現(xiàn)滯留氣體，使模具各表面經(jīng)常能與新鮮的氨氣接觸，因而可以得到均勻的滲層。真空脈沖滲氮時(shí)，隨著爐氣壓力的降低，由于局部脫氣作用使表面化合物層內(nèi)的孔隙程度減輕或消失，因而形成致密的化合物層。36H13，3Cr2W8V模具鋼滲氮層脆性及硬度H13，3Cr2W8V經(jīng)脈沖滲氮后的滲氮層脆性小、化合物層薄、擴(kuò)散層較厚、硬度較高。爐溫升到滲氮溫度時(shí)，一部分氨分子在被模具表面吸附并發(fā)生分解，如2NH3=3H2+2[N]所述；隨后活性氮原子[N]以間隙固溶體形式滲入模具表面。在滲氮保溫時(shí)，一方面表層滲氮；另一方面氮向里層擴(kuò)散，形成一定深度的氮層。兩段滲氮的主要目的是降低滲層白亮層的厚度。H13，3Cr2W8V滲氮層脆性和表面硬度37模具鋼真空滲氮模具鋼經(jīng)真空脈沖滲氮后，可獲得化合物層薄、無