真空滲碳的應(yīng)用案例【案例分析】-鋼鐵知識(shí)-常州精密鋼管博客網(wǎng)

真空滲碳的應(yīng)用案例【案例分析】

滲碳指使碳原子滲入到鋼表面層的工藝過(guò)程。經(jīng)過(guò)滲碳處理后使低碳鋼的零件具有高碳鋼的表層，滲碳零件經(jīng)過(guò)淬火、回火，得到高的表面硬度﹑高的耐磨性和疲勞強(qiáng)度﹐并保持心部有低碳鋼淬火后的強(qiáng)韌性和塑性﹐使工件能承受高強(qiáng)度和頻次的交變載荷。

滲碳包含3個(gè)基本過(guò)程：分解→吸附→擴(kuò)散。按滲碳方式的不同﹐可分為氣氛滲碳、固體滲碳﹑液體滲碳﹑和真空滲碳等。

傳統(tǒng)氣氛滲碳目前應(yīng)用最為廣泛，固體滲碳和液體滲碳受生產(chǎn)效率，勞作條件，環(huán)保要求等諸多因素制約在逐步被替代。作為一種目前被大量應(yīng)用的滲碳方式，傳統(tǒng)氣氛滲碳在提高普通材質(zhì)零件性能方面具有不可忽視的作用，但在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程也暴露出許多問(wèn)題，如工件內(nèi)氧化、尾氣排放較大、滲碳周期較長(zhǎng)、工件易氧化和脫碳、高合金及不銹鋼等無(wú)法滲碳等。

和傳統(tǒng)氣氛滲碳方式相比，真空滲碳降低了處理成本，消除了環(huán)境污染，能獲得優(yōu)良的工件表面狀態(tài)和滲碳層均勻性，真空滲碳還具有淬火變形小、滲碳效率高和避免晶界氧化的優(yōu)點(diǎn)。真空滲碳爐具有真空淬火爐所有設(shè)備優(yōu)點(diǎn)，在工藝方面既可以真空滲碳+淬火，還能夠進(jìn)行工模具淬火、退火、固溶，以及某些零件的釬焊處理，基于一臺(tái)設(shè)備即實(shí)現(xiàn)了熱處理工藝的多樣化生產(chǎn)。同時(shí)真空滲碳爐在還可以實(shí)現(xiàn)高合金鋼和不銹鋼滲碳，提高勞動(dòng)條件和產(chǎn)品品質(zhì)等方面也具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。

下面我們就真空滲碳的應(yīng)用舉例

我們研究了20CrMnMo材質(zhì)的大直徑重載齒輪的真空滲碳工藝數(shù)據(jù)及特點(diǎn)，并應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，取得了良好的效果。該齒輪已正常裝機(jī)運(yùn)行數(shù)年，目前運(yùn)行狀況良好。

一、低壓真空滲碳淬火零件和技術(shù)要求

材料：20CrMnMo

圖1.大型重載齒輪實(shí)物及試樣

表1.齒輪參數(shù)及真空滲碳淬火工藝要求

二、真空滲碳工藝方案及生產(chǎn)設(shè)備

生產(chǎn)設(shè)備為鄭州飛虹熱處理設(shè)備制造有限公司生產(chǎn)的FZSC2-300型雙室真空滲碳油淬爐，有效工作區(qū)為1500*1500*800（mm）。

工藝方案如下表2：

三、真空滲碳淬火模擬及實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖3不同滲層真空滲碳工藝碳濃度三維模擬結(jié)果

工藝1

工藝2

工藝3

不同真空滲碳淬火工藝后平面處碳化物金相組織

工藝1(75+900min)

工藝2(75+1200min)

工藝3(75+1500min)

不同真空滲碳淬火工藝后尖角處碳化物金相組織

工藝1(75+900min)

工藝2(75+1200min)

工藝3(75+1500min)

表3.齒輪低壓真空滲碳淬火工藝1、2和3試驗(yàn)結(jié)果

圖4.齒輪低壓真空滲碳淬火工藝1、2和3試驗(yàn)結(jié)果

表4：20CrMnMo鋼低壓真空滲碳模擬結(jié)果與實(shí)際值對(duì)比

編號(hào)	工藝1	工藝2	工藝3	工藝4
表層碳濃度實(shí)際值/wt%	1.24	1.10	0.95	0.86
表層碳濃度模擬值/wt%	1.20	1.05	0.93	0.83
滲層深度實(shí)際值/mm	3.5	3.9	4.2	4.4
滲層深度模擬值/mm	3.2	3.7	4.0	4.2

四、深層真空滲碳實(shí)驗(yàn)流程及結(jié)果分析

圖5.低壓真空滲碳淬火工藝流程圖

過(guò)程說(shuō)明：

1、650℃預(yù)熱一次：使齒輪受熱均勻，減小工件內(nèi)部熱應(yīng)力；

2、滲碳結(jié)束后1barN2壓力下進(jìn)行氣冷正火：由于大齒輪工件長(zhǎng)時(shí)間滲碳晶粒長(zhǎng)大趨勢(shì)明顯，消除滲碳層中可能存在的網(wǎng)狀碳化物；

3、680℃對(duì)齒輪進(jìn)行高溫回火：使?jié)B層析出含Cr的碳化物，進(jìn)一步消除滲碳層網(wǎng)狀碳化物，使碳化物球化和消除應(yīng)力。

4、試驗(yàn)中共放置齒形隨爐試樣4個(gè)，均勻懸掛于齒頂圓圓周上，滲碳淬火結(jié)束后對(duì)4個(gè)隨爐試樣進(jìn)行分析。

圖6 .齒輪深層真空滲碳淬火后實(shí)物與金相組織

圖7.2齒輪深層真空滲碳淬火后顯微硬度分布

五、結(jié)果分析

1、工件和試樣表面光亮，呈金屬銀白色，外觀狀態(tài)非常好。

2、20CrMnMo鋼深層真空滲碳工藝，在選用合適的滲擴(kuò)比時(shí)，滲碳層誤差非常小，滲層尖角處為數(shù)量較少的粒狀碳化物，不存在網(wǎng)狀碳化物，碳化物級(jí)別為2～3級(jí)。

3、20CrMnMo鋼深層真空滲碳（4.4mm）表層碳濃度模擬值低于實(shí)際碳濃度值0.035%，模擬滲碳層深度值平均小于實(shí)際滲層深度0.22mm，誤差較小。

4、20CrMnMo鋼大型重載齒輪在滲擴(kuò)比為1:20時(shí)，經(jīng)深層真空滲碳淬火處理后，表層碳濃度為0.86%，滲層深度4.4mm，碳化物別為1～2級(jí)。

5、總保溫時(shí)間為28.75h時(shí)（滲碳+擴(kuò)散）時(shí)，選用合適的滲擴(kuò)比，總滲層及金相組織完全符合模擬數(shù)值和技術(shù)要求。

文章來(lái)源：鄭州飛虹熱處理設(shè)備制造有限公司


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