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    鑄鋼件的化學熱處理

    2022-5-30 21:55:13??????點擊:

    鑄鋼件的化學熱處理

    化學熱處理過程都可以分成四個基本過程:介質中化學反應,外擴散,相界面化學反 應或表面反應,金屬中的擴散。它們彼此相互關聯、相互制約,每個過程都可能成為控制 因素。

    1 . 滲碳工藝代號:5310 滲碳是為提高鑄件表面的含碳量并在其中形成一定的碳


    含量梯度,將鑄件在滲碳介質中加熱、保溫,使碳原子滲入的化學熱處理工藝稱為滲碳。 滲碳鋼中碳的質量分數通常為 0 . 1 % - 0 . 25 % ,以保證鑄件心部有足夠的韌性和強度。滲碳質量的技術要求參見表 13 - 2 - 4。

    滲碳方法及應用:

    (1) 固體滲碳:將鑄件放在填充粒狀滲碳劑的密封箱中進行的滲碳。適用于單件、 批量生產。固體滲碳劑應具備活性高、強度高、體積收縮小、導熱性好、密度小、灰分和 害雜質低、使用壽命長、經濟性好等特點。固體滲碳劑由供碳劑、催滲劑、填充劑及粘劑組成。滲碳操作見表 13 - 2 - 5。

    13 - 2 - 4 滲碳質量的技術要求

    項 目

    技 術 要 求

    表面碳的質量分數

    通常為:0 . 7 - 1 . 05 % ,低碳鋼取上限:0 . 9 % - 1 . 05 % ,鎳鉻合金鋼取下線:0 . 7 % - 0 . 8 % ,其他合金鋼為:0 . 8 % - 0 . 9 %。要求耐磨應取上限,要求強韌而又要求一定耐磨性可取下限

    滲碳層深度

    有效滲碳硬化層深度指滲碳淬火后的鑄鋼件由其表面測定到規定硬度通常為 550HV處的垂直距離

    承受扭轉、擠壓載荷的鑄鋼件,滲碳層深度約為鑄鋼件半徑或有效厚度的 10 % - 20 %

    滲碳層表面硬度

    56 - 63HRC

    心部硬度

    受力較大的鑄鋼件心部硬度推薦值:30 - 45HRC

    滲碳層與心部組織

    滲層為細針馬氏體 + 少量殘余奧氏體及均勻分布的粒狀碳化物,不允許網狀碳化物存在,殘余奧氏體體積分數一般不超過 15 % - 20 %

    心部組織應為低碳馬氏體或下貝氏體,不允許有塊狀或沿晶界析出的鐵素體

    不同國家對表面含碳量質量分數的要求不同。美國推薦 0 . 85 % 左右,日本為 0 . 8 % ,德國為 0 . 8 % - 1 . 0 % ,瑞典為 0 . 9 % - 1 . 0 % ,前蘇聯為 0 . 85 % - 1 . 1 %。實際的最佳表面含碳量與組織狀態密切相關。

    ② 選擇滲碳層深度需考慮的幾個因素:

    a) 滲碳鑄件幾何形狀或曲率半徑對滲碳層深度的影響。按滲速快慢順序,幾何形狀的影響為凸球平板凹圓柱 球體。

    b) 在相同的鋼種和淬火條件下,大截面鑄件淬火后硬度偏低,相應的有效硬化層顯得較淺。 c有效硬度層深度與滲碳后的淬火、回火工藝有關。

    13 - 2 - 5 固體滲碳的操

    工序名稱

    內 容 說 明

    滲碳箱準備

    一般由低碳鋼板焊成,其形狀和容積視鑄件尺寸及加熱爐而定,滲碳箱容積一般為鑄件 體積的 3 . 5 - 7



    工序名稱

    內 容 說 明

    滲碳劑準備

    滲碳劑應該根據鑄件要求的表面碳含量選擇,要求表面碳含量高、滲層深時,應選用活性 高的滲碳劑,含有碳化物形成元素的滲碳鋼,可選用活性較低的滲碳劑,并注意新舊滲碳劑 的比例

    鑄件清理

    鑄件裝箱前應清理干凈,不得有油污、氧化皮、防護好非滲碳面

    鑄件裝箱

    鑄件與箱底間距離為 30 ~ 40mm,鑄件之間或鑄件與箱壁之間距離為 15 ~ 25mm,鑄件與上蓋之間距離約 30 ~ 50mm,間隙內均充填滲碳劑,并稍打實。箱蓋用耐火泥密封

    滲碳

    透燒

    由于固體滲碳劑的傳熱系數小,傳熱慢,為使滲碳箱內溫度均勻,減少鑄件深層的差別, 往往在 800 ~ 850℃有一段透燒過程

    加熱溫度

    滲碳溫度一般為 900 ~ 960℃

    滲碳時間

    生產中常用試棒φ 5 10mm來判斷。實踐得,在930 ± 10 的溫度下固體滲碳,其平均速度約為 0 . 1 ~ 0 . 5mm / h


    (2) 液體滲碳工藝代號:5311L:液體滲碳鹽浴滲碳是鑄件在含有滲碳劑的溶鹽中進行的滲碳。鹽浴滲碳所用的設備簡單,滲碳速度快,靈活性大,滲碳后便于直接淬 火,使用于處理中、小型鑄件。滲碳鹽浴由滲碳劑和中性鹽組成。鹽浴滲碳操作條件差,

    腐蝕較嚴重。操作注意事項見表 13 - 2 - 6。

    (3) 氣體滲碳工藝代號:5311G:鑄件在含碳氣體氣氛中進行滲碳的工藝??煞?/span>滴注式氣體滲碳、吸熱式氣體滲碳和氮基氣氛滲碳。氣體滲碳生產效率高,操作方便,量易于控制。適用于大批量鑄件的生產。氣體滲碳操作要點參見表 13 - 2 - 7。

    此外,還有膏劑滲碳(鑄件表面以膏狀滲碳劑涂覆進行的滲碳)和真空滲碳(工藝代

    號:5311V,在一定的真空條件下進行氣體滲碳的工藝。

    13 - 2 - 6 鹽浴滲碳的操作注意事

    注意事項

    內 容

    滲碳鹽浴的配制及添加

    先將烘干的中性鹽按比例放入坩堝中熔化,接近滲碳溫度時再逐漸加入滲碳劑,工作過 程中熔鹽會不斷消耗,應定期補充及分析鹽浴的成分,要保證鹽浴成分在要求的范圍內。 凡遇鹽浴外溢產生沸騰),應停止加熱并進行攪拌

    鹽浴表面覆蓋和撈

    為減少鹽浴的揮發和熱輻射損失,可在鹽浴表面撒上一層石墨、炭粉或固體滲碳劑。鹽 浴在使用中會產生鹽渣下沉,應定期撈除



    注意事項

    內 容

    滲碳質量控制

    應與鑄件同時放入一定數量的試樣,以便確定滲碳出爐時間和評定鹽浴的滲碳活性等

    鑄件的清理

    鑄件在滲碳前不應有氧化皮,非滲碳面應加以防護,鑄件入爐前應預熱。鑄件鹽浴滲碳 后必須及時清洗,除去殘鹽,以防腐蝕

    安全

    鑄件、工夾具入爐前應經過預熱。有毒廢鹽及清洗后的廢水等必須經過中和處理,達到 環保要求后才能排放


    13 - 2 - 7 氣體滲碳操作要

    內 容

    清理

    去除殘存在鑄件上的油污、氧化皮、水等

    局部防滲

    非滲碳面鍍銅或涂防滲涂料

    裝爐

    鑄件裝在爐子的有效加熱區內,并注意鑄件彼此間的間隙,既要達到最大裝爐量,又使鑄 件滲碳和淬火后質量均勻。放入隨爐試樣

    升溫保溫

    井式氣體滲碳爐,一般空爐升溫,達到滲碳溫度后開爐裝料,然后以一定的升溫速度升 溫,使鑄件各部之間不產生明顯的溫度偏差。充分排氣后進行滲碳擴散。連續作業爐或密 封箱式爐開爐后連續工作

    爐氣調整

    除了用 C02 紅外線,氧探頭等裝置進行爐氣碳勢測控外,在滲碳過程中應定期進行爐氣分析

    冷卻

    滲碳擴散終了后可直接淬火或降溫直接淬火),或進緩冷罐緩冷


    2 . 滲氮工藝代號:5330滲氮是指一定溫度下一般在 Ac1 溫度下,在一定介質中使活性氮原子滲入工件表面的化學熱處理工藝。旨在提高鑄件表面硬度、耐磨性、疲勞 強度、抗咬合性及抗大氣腐蝕性能。鑄鋼的滲氮通常在 480 - 580℃進行。一般含有鋁、鉻、鈦、鉬和鎢等元素的中低合金鋼、耐蝕不銹鋼和熱模具鋼等鑄鋼件都適合滲氮處理。

    為保證鑄件心部具有必要的力學性能和金相組織,并減少滲氮后產生的變形,需進 行滲氮前預處理。一般結構鋼滲氮前采用調質處理,得到均勻細小的回火索氏體組織。于滲氮處理時容易畸變的鑄件,調質后應進行去應力退火,溫度一般為 550 - 620℃,保

    溫不能少于 3h。不銹鋼和耐熱鋼原料組織中往往晶粒粗大及有帶狀偏析,為了改善組織

    和提高強度,一般可采用調質處理;奧氏體不銹鋼可以采用固溶處理。工具鋼和模具鋼

    鑄件一般采用淬火+ 回火處理。


    常用的滲氮工藝有氣體滲氮工藝代號:5331G、液體滲氮工藝代號:5331L、氣體氮碳共滲工藝代號:5440G和離子滲氮工藝代號:5337等。各種滲氮工藝性能對比參見表 13 - 2 - 8。

    13 - 2 - 8 各種滲氮工藝性能對

    滲氮工藝

    離子滲氮

    工藝代號:5337

    氣體氮碳共滲

    工藝代號:5340G

    液體滲氮

    工藝代號:5331L

    氣體滲氮

    工藝代號:5331G

    滲氮層深/ mm

    0 . 1 ~ 0 . 4

    0 . 1 ~ 0 . 4

    0 . 1 ~ 0 . 4

    0 . 1 ~ 0 . 6

    表面硬HV

    碳 鋼合金鋼

    300 ~ 600

    600 ~ 1200

    300 ~ 600

    600 ~ 1200

    300 ~ 600

    600 ~ 1200

    1000 ~ 1400

    滲氮介質氣氛

    N2 H2

    NH3·C2 H4

    NH3 載體

    CN0、CN 的鹽浴

    NH3

    工藝條件

    350 ~ 600℃

    20min ~ 20h

    570 ~ 600℃

    1 ~ 7h

    570 ~ 580℃

    15min ~ 4h

    520 ~ 590℃

    30 ~ 100h

    優點

    耐磨性好、抗粘附性好、疲勞強度高、工藝范圍廣、各種鋼都適用,節省能源

    耐磨性好、疲勞強度高、各種鋼都適用

    抗粘附性好、疲勞強度高、爐 子成本低、各種鋼都適用

    高硬度、耐 磨性好、疲勞強度高

    缺點

    形狀不規則,不對稱的鑄件處理比較困難

    鹽有劇毒

    白亮層脆,時間長