滲碳、滲氮、碳氮共滲熱處理設(shè)備的專題知識

       滲碳、滲氮、碳氮共滲，都是金屬材料的表面處理工藝。為了實(shí)現(xiàn)不同零件的工作條件和功能要求，需要用相應(yīng)的熱處理設(shè)備對其表面進(jìn)行不同的處理。
1. 滲碳熱處理
       滲碳是指使碳原子滲入到鋼表面層的過程。是使低碳鋼的工件具有高碳鋼的表面層，再經(jīng)過淬火和低溫回火，使工件的表面層具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持著低碳鋼的韌性和塑性。        具體使用井式滲碳爐的方法是將工件置入具有活性滲碳介質(zhì)中，加熱到900--950攝氏度的單相奧氏體區(qū)，保溫足夠時(shí)間后，使?jié)B碳介質(zhì)中分解出的活性碳原子滲入鋼件表層，從而獲得表層高碳、心部仍保持原有成分。它可以使?jié)B過碳的工件表面獲得很高的硬度，提高其耐磨程度。
       滲碳工件的材料一般為低碳鋼或低碳合金鋼(含碳量小于0.25%)。滲碳后﹐鋼件表面的化學(xué)成分可接近高碳鋼。工件滲碳后還要經(jīng)過淬火，以得到高的表面硬度、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，使工件能承受沖擊載荷。滲碳工藝廣泛用于飛機(jī)﹑汽車和拖拉機(jī)等的機(jī)械零件﹐如齒輪﹑軸﹑凸輪軸等。
工件滲碳淬火后的表層顯微組織主要為高硬度的馬氏體加上殘余奧氏體和少量碳化物，心部組織為韌性好的低碳馬氏體或含有非馬氏體的組織，但應(yīng)避免出現(xiàn)鐵素體。
       一般滲碳層深度范圍為0.8～1.2毫米，深度滲碳時(shí)可達(dá)2毫米或更深。表面硬度可達(dá)HRC58～63，心部硬度為HRC30～42。滲碳淬火后﹐工件表面產(chǎn)生壓縮內(nèi)應(yīng)力﹐對提高工件的疲勞強(qiáng)度有利。
按含碳介質(zhì)的不同，滲碳可分為固體滲碳、液體滲碳、氣體滲碳和碳氮共滲等。
2. 滲氮熱處理
氮化爐是在一定溫度下一定介質(zhì)中使氮原子滲入工件表層的化學(xué)熱處理工藝。常見有液體滲氮、氣體滲氮、離子滲氮。
       滲入鋼中的氮一方面由表及里與鐵形成不同含氮量的氮化鐵，一方面與鋼中的合金元素結(jié)合形成各種合金氮化物，特別是氮化鋁、氮化鉻。這些氮化物具有很高的硬度、熱穩(wěn)定性和很高的彌散度，因而可使?jié)B氮后的鋼件得到高的表面硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度、抗咬合性、抗大氣和過熱蒸汽腐蝕能力、抗回火軟化能力，并降低缺口敏感性。
3.碳氮共滲熱處理
       碳氮共滲的特點(diǎn)為：
①在確保工件內(nèi)部高韌性的前提下，提高了表面硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度，同時(shí)氮降低了奧氏體的形成溫度，故工件可在較低的溫度下實(shí)現(xiàn)共滲；
②工件共滲后可直接淬火、不易出現(xiàn)過熱，工件的變形小；
③提高滲層的淬透性，可在緩和的介質(zhì)中淬火處理；
④滲速快，作業(yè)周期短。        與滲碳工藝相比，滲氮溫度比較低，因而畸變小，但由于心部硬度較低，滲層也較淺，一般只能滿足承受輕、中等載荷的耐磨、耐疲勞要求，或有一定耐熱、耐腐蝕要求的機(jī)器零件，以及各種切削刀具、冷作和熱作模具等。
       井式碳氮共滲爐是在820～860℃溫度下，利用滲劑分解出的活性碳原子和氮原子，同時(shí)滲入工件表面的過程，共滲時(shí)間在1～3h，因此碳氮共滲具有滲碳和滲氮的雙重作用，共滲時(shí)間與滲層厚度、溫度和所用介質(zhì)有關(guān)，共滲層的碳氮含量取決于共滲溫度。共滲溫度提高則碳含量提高，氮含量降低；共滲溫度降低則碳含量降低，氮含量提高，共滲層中碳含量在0.7%～1.0%，氮含量在0. 15%～0.5%，多用于低碳鋼、中碳鋼和合金鋼等，滲劑有固體、氣體和鹽浴三種。碳氮共滲后進(jìn)行淬火+低溫回火處理，回火后的表層組織為含氮馬氏體+殘余奧氏體+少量碳氮化合物，心部為低碳馬氏體或中碳回火馬氏體。
       滲碳后的鋼鐵零件表面獲得了0. 8%以上的含碳量，滲碳溫度在900～940℃，滲碳時(shí)間一般在3～6h左右，采用煤油作滲劑，同時(shí)添加甲醇為稀釋劑，可使?jié)B碳零件心部有一定的強(qiáng)度和韌性的前提下，工件表面的硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度等得到提高，從而獲得優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。
       滲碳后進(jìn)行熱處理的特點(diǎn)為：①提高了表面滲層的強(qiáng)度、硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度；②消除了滲層中的網(wǎng)狀滲碳體和適當(dāng)減少了殘余奧氏體的數(shù)量，減小了脆性和有助于合金鋼性能的改善；③消除了內(nèi)應(yīng)力，增加了零件的尺寸穩(wěn)定性，可以防止因淬火和車削或磨削過程中產(chǎn)生的加工④細(xì)化晶粒，提高了心部的韌性，滲層比碳氮共滲層厚，故可承受重載荷的作用。