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1、 Caaem I C 学术 P r e d i c t i o n o f S t e e l Fl o w S t r e s s e s a t Hi g h T e m p e r a t u r e s a n d S t r a i n R a t e s M E T A L L U R G I C A L T R A N S A C T 1 0 N S A l 5 4 5 一 l 5 5 8 V O L U M E 2 2 A J U L Y 1 9 9 1 3 Z h i p e n g Z e n g S t e f a n J o n s s o n Y a n s h u
2、Z h a n g C o n s t i t u t i r e e q u a t i o n s f o r pure tlta n1 um at e evate d t emper atures Ma t e r i a l S S c i e n c e a n d E n gi n e e ri n g A 5 0 5 2 0 0 9 1 1 6 1 1 9 4 王少林 阮雪榆 俞新陆 陈森灿 胡 宗式 金属高温塑性本构方程 的研究 上海交 通大学学报 1 9 9 6 8 2 0 2 4 作者简介 易杰 1 9 8 3 一 男 湖南工业职业技术学 院汽车工程学院 讲师 在读博士 基
3、 金 项 目 湖 南 省 科 技 计 划 项 目 2 0 1 3 G K 3 0 5 0 浅谈机床渗碳件渗层深度与性能 沈阳机床股份有限公司 辽宁 沈阳 一 代友贵 苗志博 毕晓旭 1 前 言 在机床零件 中 渗碳件 占有相当的比例 特别是齿轮 轴 套类等零件 渗碳质量直接 影响机床的精度和寿命 而渗层的表层碳含量 渗层深度 渗碳淬火回火后的硬度以及表层与 心部组织 则是衡量渗碳件性能的重要指标 根据这些指标的测定 选出最合适的渗层深度 最优化的工艺 2 备料及制样 2 l 制样分组 根 据 我厂 具 体情 况 本试 验 选钢 为 2 0 C r 2 0 C r 钢 的 化 学成 分 w 及
4、A c l A c 3 C 0 1 7 0 2 4 S i 0 1 7 0 3 7 M n 0 5 0 8 C r 0 7 1 O 0 A c 1 7 6 6 A c 3 8 3 8 经过对渗碳件渗层深度要求的统计 筛选 出具有代表性的三个渗层范围 并将试样分组 编号分别为A B c A 纽 渗层深度为 0 6 0 8 ra m B组 渗层深度为 0 9 1 3 m m C组 渗层深度 为 1 3 I 7 m m 2 2试样种类尺寸及数量 并打上相应编号 金相试样 中1 2 X 3 0 每样号 3 件 共 9 件 硬度试样 中2 0 X 1 2 每样号 3 件 共 9 件 冲击试样 l O X
5、 l O X 5 5每样号 3 件 共 9件 3 热处理阶段 3 1 渗 碳工 艺 由于碳在铁素体中的溶解度较小 而在奥 氏体 中的溶解度较大 所 以渗碳必须在 A c 3以 上的温度 使钢在奥 氏体状态下进行 渗碳温 度越高 渗碳层越深 但过高的渗碳温度将导 致晶粒粗化 表层碳浓度过高而形成网状碳化 物 并在淬火后形成大量残余奥 氏体 增加 了 淬火后的变形 开裂倾向 因此 选择适合的 渗碳温度尤为重要 选择渗碳温度为 9 2 0 C 根 据 A B C的三个渗层深度 渗剂为煤油 渗 碳时间分别为 3 5 h 5 8 h 8 1 l h 渗碳工艺如下 组别 A 渗碳温度 9 2 0 时间 3
6、 h 炉冷至 8 4 0 坑 冷 组别 B 渗碳温度 9 2 0 C 时间 7 h 炉冷至 8 4 0 坑冷 组别 C 渗碳温度 9 2 0 C 时问 l O h 炉冷 至 8 4 0 坑冷 3 2 淬 火 回火 工艺 为使渗碳件具有表面高硬度 高耐磨性和 良好 的心部韧性 渗碳件在渗碳后必须进行恰 当的淬火 回火才能达到要求 淬火工艺 中 温盐浴炉加热 8 0 0 8 3 0 淬火保温时问 9 1 1 分钟 油中冷却 回火工艺 电炉加热 1 6 0 1 8 O 9 0 1 2 0分钟保温 空冷 4 试验内容和方法 渗层深度 利用金相试样来测量 取三组 的平均值 渗碳层总深度 6总 过共析层
7、6过 共 析层 6共 5 O 过渡区 6半 表面硬鹿 用洛氏硬度计 取三组的平均值 组织 心部晶粒度等级 冲击韧性 冲击试验 取三组的平均值 5 试验结果 见 表 1 6 渗碳基本原理及过程 渗碳基本原理及过程如下 1 渗剂中的反应 是 由介质 甲醇 煤 油 异丙醇 分解 表 1 试验结果 A B C 渗层深度 6总 6过 6过 6半 6总 6过 6过 6半 6总 6过 6过 6半 m m 0 6 O O 3 2 O 2 8 O 9 4 0 3 3 O 2 8 0 3 3 1 2 8 O 3 4 O 5 9 O 3 5 表层碳浓度 O 8 l O 1 0 5 表层硬度 6 3 5 H R C
8、6 4 H R C 6 4 H R C 心部组织 过渡区粗大 过渡区粗大 过渡粗大 冲击韧性 1 6 5 1 2 2 9 6 喧Ma c h i n e C h i n a 中国机械 出活性原子 如分解产生 的一氧化碳和 甲烷分 解 出活性碳原子 c O c O C C H 4 2 H 2 C 是活性碳原子被工件表面吸收 是被吸收碳原子向工件内部扩散 2 渗剂中的扩散 渗剂向零件表面扩散 然后相界面反应产物从界面逸散 3 相 界 面反 应 入 元 素 的活 性 原 子 或 分子 吸 附在 零 件表 面并 发 生 反 应 如 2 C O F e F e c l c O 2 吸 附的 c l可进一
9、步 进入到铁的晶格中 4 金属中的扩散 由于表面 一心部浓度 梯度而使碳原子从零件表面向内部扩散 5 金属中的反应 奥 氏体中碳浓度升高 二次F e C的析出 冷却时 7 结果分析 由试验 得 出 渗 碳时 间分别 为 3 h 7 h l O h 渗层深度分别为0 6 m m 0 9 4 m m 1 2 8 m m 深层深度随渗碳时间的延长而呈增加的趋势 从 7小时延长到 1 0 小时时 表层碳含量仅仅变 化了0 0 5 u u n 而不是 3小时到 7 小时的0 2 m m 渗碳件淬火后的硬度即淬火马氏体的硬度 其取决于渗碳件的表层碳含量 因此 当表面 碳浓度变化不大时 渗碳件淬火后的硬度也
10、无 明显变化 马氏体的韧性主要取决于它 的亚结构 低 碳的位错型马氏体具有良好的韧性 而高碳的的 孪晶马氏体则韧性较差 根据资料 当碳含量为 0 3 l J 0 时为混合型马 氏体 小于 0 3 时为 位错型 大于 1 0 时为孪晶型 在我们的试验中 由A B C 碳含量逐渐增高 因此 孪晶马氏体逐 渐占主导地位 使得零件的冲击韧性逐渐下降 综上 随着渗碳 时间的延长 渗层加深 当渗碳进行到一定时间后 表面碳浓度和零件 淬火后 的硬度并未随着时间的进 一步延长而有 显著变化 而冲击韧性却逐渐下降 因而建议 在一般零件渗碳时 无重载 高负荷等特殊渗 层 的使用要求时 应优先选用中间的渗层 即 0 9 ra m 这样 既保证 了一定的耐磨性和综合 机械性能 即渗层深度 硬度和韧性等使用要求 又能节约能源 缩短生产周期 提高效率
