气体碳氮共渗零件形变分析和改进措施
钢的氮化及碳氮共渗讲解
钢的氮化及碳氮共渗
钢的氮化（气体氮化）
概念：氮化是向钢的表面层渗入氮原子的过程，其目的是提高表面硬度和耐磨性，以及提高疲劳强度和抗腐蚀性。
它是利用氨气在加热时分解出活性氮原子，被钢吸收后在其表面形成氮化层，同时向心部扩散。
氮化通常利用专门设备或井式渗碳炉来进行。适用于各种高速传动精密齿轮、机床主轴（如镗杆、磨床主轴），高速柴油机曲轴、阀门等。
氮化工件工艺路线：锻造－退火－粗加工－调质－精加工－除应力－粗磨－氮化－精磨或研磨。
由于氮化层薄，并且较脆，因此要求有较高强度的心部组织，所以要先进行调质热处理，获得回火索氏体，提高心部机械性能和氮化层质量。
钢在氮化后，不再需要进行淬火便具有很高的表面硬度大于HV850）及耐磨性。
氮化处理温度低，变形很小，它与渗碳、感应表面淬火相比，变形小得多钢的碳氮共渗：碳氮共渗是向钢的表层同时渗入碳和氮的过程，习惯上碳氮共渗又称作氰化。目前以中温气体碳氮共渗和低温气体碳氮共渗（即气体软氮化）应用较是广。中温气体碳氮共渗的主要目的是提高钢的硬度，耐磨性和疲劳强度，低温气体碳氮共渗以渗氮为主，其主要目的是提高钢的耐磨性和抗咬合性。
热处理常见缺陷分析与对策-学习总结
热处理常见缺陷分析与对策
时 间：2020.10.28 学习人：吴俊 部 门：试验检测中心
基本知识点：
1、热处理缺陷直接影响产品质量、使用性能和安全。
2、热处理缺陷中最危险的是：裂纹。有：淬火裂纹、延迟裂纹、冷处理裂纹、回火裂纹、时效裂纹、磨削裂纹和电镀裂纹。其中生产中最常见的裂纹是纵火裂纹。
3、热处理缺陷中最常见的是：热处理变形，它有尺寸变化和形状畸变。
4、淬火获得马氏体组织，以保证硬度和耐磨性。淬火后应进行回火，以消除残余应力，如W6Mo5Cr4V2应进行一次回火。
5、亚共析钢淬火加热温度： +（30-50）度。
6、高速钢应采用调质处理即淬火+高温回火。
7、回火工艺若控制不当则会产生回火裂纹。
8、热处理过热组织可通过多次正火或退火消除，严重过热组织则应采用高温变形和退火联合作用才能消除。
9、渗氮零件基本组织为回火索氏体。其原始组织中若有大块F 或表面严重脱碳，则易出现针状组织。
10、有色金属最有效的强化手段是固溶处理和固溶处理+时效处理。
11、疲劳破坏有疲劳源区、裂纹疲劳扩展和瞬时断裂三个阶段。
12、高速钢的热组织为：共晶莱氏体，也有可能晶界会熔化。
13、应力腐蚀开裂的必要条件之一是：存在拉应力。
14、65Mn 钢第二类回火脆性温度区间为250-380。钼能有效抑制第二类回火脆性。
15、热处理时发生的组织变化中，体积比容变化最大的是马氏体。
16、防止淬裂的工艺措施：等温淬火、分级淬火、水-油淬火和水-空气双液淬火。
17、高温合金热处理产生的特殊热处理缺陷有：晶间氧化、表面成分变化、腐蚀点、晶粒粗大及混合晶粒等。
碳氮共渗热处理工艺
碳氮共渗热处理工艺
碳氮共渗热处理工艺是一种常用的表面强化技术，它可以提高金属材料的硬度、耐磨性、抗腐蚀性和疲劳寿命等性能。本文将从碳氮共渗的原理、工艺流程、影响因素和应用前景等方面进行介绍。
一、碳氮共渗的原理
碳氮共渗是指在高温下将碳和氮同时渗入金属表面，形成碳氮化合物层。这种层具有高硬度、高耐磨性、高抗腐蚀性和高疲劳寿命等优良性能。碳氮化合物层的形成是由于碳和氮在金属表面的相互作用，形成了一系列的化合物，如Fe3C、Fe4N、Fe2-3(C,N)等。这些化合物的硬度和稳定性都比金属基体高，因此可以提高金属材料的表面性能。
二、碳氮共渗的工艺流程
碳氮共渗的工艺流程主要包括预处理、渗透、淬火和后处理等步骤。
1.预处理：将金属材料进行表面清洗和去油处理，以保证渗透剂能够充分渗透到金属表面。
2.渗透：将金属材料放入渗透炉中，在高温下进行碳氮共渗处理。渗透剂一般采用氨气和甲烷的混合物，温度一般在800℃-950℃之间，时间一般在2-8小时之间。
3.淬火：将渗透后的金属材料迅速冷却，以保证碳氮化合物层的稳定性和硬度。
4.后处理：对淬火后的金属材料进行退火处理，以消除残余应力和提高材料的韧性。
三、碳氮共渗的影响因素
碳氮共渗的效果受到多种因素的影响，如温度、时间、渗透剂成分、金属材料成分和表面状态等。
1.温度：温度是影响碳氮共渗效果的重要因素。温度过低会导致渗透剂无法充分渗透到金属表面，温度过高会导致碳氮化合物层的过度生长和烧结。
2.时间：时间是影响碳氮共渗效果的另一个重要因素。时间过短会导致碳氮化合物层的厚度不足，时间过长会导致碳氮化合物层的过度生长和烧结。
气体碳氮共渗零件形变分析和改进措施
由于 零 件装 炉 温 度 较 高 ， 炉后 工 件 薄 壁 部分 人
温 度升 高 比厚壁 部分 快 ， 体积 膨胀 也较 快 ， 而 形成 从 热应 力 。同时 ， 由于 薄壁 部分 温度 上升 较快 ， 部分 该 金属 的塑性 提高 也较 快 。 当热 应力 超 过金属 的屈服 强度 时 ， 便产 生外 径胀 大 的塑性 变 形 ， 而导 致零 件 从 薄 、 端 外径 膨胀 值相 差较 大 ； 厚 反之 ， 冷却 过程 中 ， 在
机 电技 术 ，０ ９ ２ ：７ ７ ． ２ ０ （） ７ ８
作 者 简介 ： 首 雄 （ ９ ３） 男 ， 士 ， 接 工 艺 工 程 师 ， 要 孙 １８ 一 ， 硕 焊 主Biblioteka Baidu
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从 事 焊 接 技 术 与焊 接 装 备方 面 的 研 究 。
碳氮共渗浅析
氮碳共渗：又称软氮化或低温碳氮共渗,即在铁-氮共析转变温度以下，使工件表面在主要渗入氮的同时也渗入碳。碳渗入后形成的微细碳化物能促进氮的扩散，加快高氮化合物的形成。这些高氮化合物反过来又能提高碳的溶解度。碳氮原子相互促进便加快了渗入速度。此外，碳在氮化物中还能降低脆性。氮碳共渗后得到的化合物层韧性好，硬度高，耐磨，耐蚀，抗咬合。常用的氮碳共渗方法有液体法和气体法。处理温度530～570℃，保温时间1～3小时。早期的液体盐浴用氰盐，以后又出现多种盐浴配方。常用的有两种：中性盐通氨气和以尿素加碳酸盐为主的盐，但这些反应产物仍有毒。气体介质主要有：吸热式或放热式气体（见可控气氛）加氨气；尿素热分解气；滴注含碳、氮的有机溶剂，如甲酰胺、三乙醇胺等。氮碳共渗不仅能提高工件的疲劳寿命、耐磨性、抗腐蚀和抗咬合能力，而且使用设备简单，投资少，易操作，时间短和工件畸变小，有时还能给工件以美观的外表。碳氮共渗：以渗碳为主同时渗入氮的化学热处理工艺。它在一定程度上克服了渗氮层硬度虽高但渗层较浅，而渗碳层虽硬化深度大，但表面硬度较低的缺点。应用较广泛的只有气体法和盐浴法。气体碳氮共渗介质是渗碳剂和渗氮剂的混合气，例如滴煤油（或乙醇、丙酮）、通氨；吸热或放热型气体中酌加高碳势富化气并通氨；三乙醇胺或溶入尿素的醇连续滴注。[C]、[N]原子的产生机制除与渗碳、渗氮相同外，还有共渗剂之间的合成和分解：CO+NH3?HCN+H2OCH4+NH3?HCN+3H22HCN?2[C]+2[N]+H2碳氮共渗并淬火、回火后的组织为含氮马氏体、碳氮化合物和残余奥氏体。深0.6～1.0mm的碳氮共渗层的强度、耐磨性与深1.0～1.5mm的渗碳层相当。为减少变形，中等载荷齿轮等可用低于870℃的碳氮共渗代替930℃进行的渗碳。氮碳共渗是在铁素体区间，碳氮共渗在奥氏体区间。碳氮共渗层比渗碳层有更高的硬度、耐磨性、抗蚀性、弯曲强度和接触疲劳强度。但一般碳氮共渗层比渗碳层浅，所以一般用于承受载荷较轻，要求高耐磨性的零件。氮碳共渗处理温度低、时间短、变形小，适用于碳钢、合金钢和一些模具的处理。渗碳、渗氮这类工艺本来就是在机加工之后做的。不然做的渗碳层、渗氮层就破坏掉了。低温下做碳氮共渗，本来的目的就是减少热变形带入的尺寸偏差。淬火不需要做。具体的变形量要看产品的结构复杂程度、机加工量（残余内应力分布和大小）、低温共渗的具体温度和时间、渗层厚度。按不同的条件多做几次，自己
钢的碳氮共渗5-4
5.4 钢的碳氮共渗
1：定义：在钢的表面同时渗入碳和氮的化学热处理工艺称为碳氮共渗。
2：氰化：碳氮共渗可以在气体介质中进行，也可在液体介质中进行．因为液体介质的主要成分是氰盐，故液体碳氮共渗又称为氰化。
3：目的：对低碳结构钢、中碳结构钢以及不锈钢等，为了提高其表面硬度、耐磨性及疲劳强度，进行820—850℃碳氮共渗。中碳调质钢在570—600℃温度进行碳渗共渗，可提高其耐磨性及疲劳强度，而高速钢在550—560℃碳氮共渗的目的是进一步提高其表面硬度、耐磨性及热稳定性．
4：软氮化：根据共渗温度不同，可以把碳氮共渗分为高温(900—950℃)、中温(700—880℃)及低温三种。其中低温碳氮共渗，最初在中碳钢中应用，主要是提高其耐磨性及疲劳强度，而硬度提高不多(在碳素钢中)，故又谓之软氮化。
一、碳和氮同时在钢中扩散的特点
同时在钢中渗入碳和氮，如前所述，至少已是三元状态图的问题，故应以Fe-N-C三元状态图为依据。但目前还很不完善，还不能完全根据三元状态图来进行讨论。在这里重要讲述一些C、N二元共渗的一些特点。
1．共渗温度不同，共渗层中碳氮含量不同。氮含量随着共渗温度的提高而降低，而碳含量则起先增加，至一定温度后反而降低。渗剂增碳能力不同，达到最大碳含量的温度也不同。
2．碳、氮共渗时碳氮元素相互对钢中溶解度及扩散深度有影响。由于N使y相区扩大，且Ac3点下降，因而能使钢在更低的温度增碳。氮渗入浓度过高，在表面形成碳氮化合物相，因而氮又障碍着碳的扩散。碳降低氮在、相中的扩散系数，所以碳减缓氮的扩散。
钢件的甲酰胺气体碳氮共渗热处理工艺改进
钢件的甲酰胺气体碳氮共渗热处理工艺改进
李彦峰，郝江华，毛 欢，张丹丹
（航空工业西飞，陕西 西安 710089）
摘 要: 本文通过增加炉膛预渗工序,并进行试验优化热处理相关参数，
探索采用延长了渗碳保温时间的方法，改善了甲酰胺气体碳氮共渗热处理工艺，保证热处理后的产品性能，改进后的工艺方法更容易满足零件金相组织的技术要求。
关键词: 甲酰胺；
碳氮共渗；金相组织中图分类号：TQ421 文献标识码：A 文章编号：
11-5004（2019）05-0221-2收稿日期：
2019-05作者简介：
李彦峰，男，生于1975年，汉族，陕西西安人，研究生，高级工程师，研究方向：热处理工艺技术研究。
碳氮共渗是在一定温度下向钢的表层同时渗入碳和氮的过
程, 碳氮共渗习惯上又称作氰化。一般钢铁零件均可用碳氮共渗处理, 如普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、合金结构钢等。经碳氮共渗处理后, 零件的硬度、耐磨性和疲劳强度等力学性能都有所提高。目前, 中温气体碳氮共渗和低温气体碳氮共渗在生产中应用较广。气体碳氮共渗是在气体介质中, 将碳和氮同时渗入工件表层, 并以渗碳为主的化学热处理工艺。其中甲酰胺气体碳氮是气体碳氮的一种常用方法，甲酰胺气体碳氮共渗热处理工艺属于中温碳氮共渗化学热处理，应用于某系列无声链小轴（X5103-12X/12X）的飞机产品，该工艺应用的产品少，工艺较复杂，在生产中工艺的稳定性差，经常出现零件渗层不够或根本无渗层的现象[1]。
由于设备使用频率较低，经常需要更新维修，技术参数很难掌握，因此每次都需要对设备进行调试、试验，调整相应的工艺参数，严重影响产品质量和生产进度。开展甲酰胺气体碳氮共渗热处理工艺改进，应首先摸清设备最佳状态，探究碳氮共渗热处理工艺方法，满足零件产品设计技术要求，提高零件产品质量，满足生产进度，降低能耗，节约生产成本。
渗碳 渗氮、氮碳共渗标准
渗碳渗氮、氮碳共渗标准
通俗地说，不锈钢就是不容易生锈的钢，实际上一部分不锈钢，既有不锈性，又有耐酸性（耐蚀性）。不锈钢的不锈性和耐蚀性是由于其表面上富铬氧化膜（钝化膜）的形成。这种不锈性和耐蚀性是相对的。试验表明，钢在大气、水等弱介质中和硝酸等氧化性介质中，其耐蚀性随钢中铬含水量的增加而提高，当铬含量达到一定的百分比时，钢的耐蚀性发生突变，即从易生锈到不易生锈，从不耐蚀到耐腐蚀。不锈钢的分类方法很多。按室温下的组织结构分类，有马氏体型、奥氏体型、铁素体和双相不锈钢；按主要化学成分分类，基本上可分为铬不锈钢和铬镍不锈钢两大系统；按用途分则有耐硝酸不锈钢、耐硫酸不锈钢、耐海水不锈钢等等，按耐蚀类型分可分为耐点蚀不锈钢、耐应力腐蚀不锈钢、耐晶间腐蚀不锈钢等；按功能特点分类又可分为无磁不锈钢、易切削不锈钢、低温不锈钢、高强度不锈钢等等。由于不锈钢材具有优异的耐蚀性、成型性、相容性以及在很宽温度范围内的强韧性等系列特点，所以在重工业、轻工业、生活用品行业以及建筑装饰等行业中获取得广泛的应用。奥氏体不锈钢在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。钢中含Cr约18%、Ni 8%~10%、C约0.1%时，具有稳定的奥氏体组织。奥氏体铬镍不锈钢包括著名的18Cr-8Ni钢和在此基础上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素发展起来的高Cr-Ni 系列钢。奥氏体不锈钢无磁性而且具有高韧性和塑性，但强度较低，不可能通过相变使之强化，仅能通过冷加工进行强化。如加入S，Ca，Se，Te等元素，则具有良好的易切削性。此类钢除耐氧化性酸介质腐蚀外，如果含有Mo、Cu等元素还能耐硫酸、磷酸以及甲酸、醋酸、尿素等的腐蚀。此类钢中的含碳量若低于0.03%或含Ti、Ni，就可显著提高其耐晶间腐蚀性能。高硅的奥氏体不锈钢浓硝酸肯有良好的耐蚀性。由于奥氏体不锈钢具有全面的和良好的综合性能，在各行各业中获得了广泛的应用。
42CrMo调质钢碳氮共渗组织及性能研究
Metallurgical Engineering 冶金工程, 2015, 2, 57-63
Published Online June 2015 in Hans. /journal/meng
/10.12677/meng.2015.22009
Study of Microstructure and Properties on
Quenched and Tempered 42CrMo Steel after Carbonitriding
Le Wang, Xiaoxi Wang*, Hao Xu, Zhuang Liu, Feifei Zhang, Fangxu Chen
School of Mechanical & Electrical Engineering, Xuzhou Institute of Technology, Xuzhou Jiangsu
Email: wl931227@, *wxx19851109@
Received: May 13th, 2015; accepted: May 29th, 2015; published: Jun. 5th, 2015
Copyright © 2015 by authors and Hans Publishers Inc.
This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY).
/licenses/by/4.0/
Abstract
钢的渗碳和渗氮
钢的渗碳---就是将低碳钢在具有丰富碳的介质中加热到高温(一般为900--950C),使活性碳原子渗入钢的表面,以获得高碳的渗层组织。随后经淬火和低温回火,使表面具有高的硬度、耐磨性及疲劳抗力,而心部仍保持足够的强度和韧性。
渗碳钢的化学成分特点:
(1)渗碳钢的含碳量一般都在0.15--0.25％范围内,对于重载的渗碳体,可以提高到
0.25--0.30％,以使心部在淬火及低温回火后仍具有足够的塑性和韧性。但含碳量不能太低,否则就不能保证一定的强度。
(2)合金元素在渗碳钢中的作用是提高淬透性,细化晶粒,强化固溶体,影响渗层中的含碳量、渗层厚度及组织。在渗碳钢中通常加入的合金元素有锰、铬、镍、钼、钨、钒、硼等。
常用渗碳钢可以分碳素渗碳钢和合金渗碳钢两大类。
(1)碳素渗碳钢中,用得最多的是15和20钢,它们经渗碳和热处理后表面硬度可达
56--62HRC。但由于淬透性较低,只适用于心部强度要求不高、受力小、承受磨损的小型零件,如轴套、链条等。
(2)低合金渗碳钢如20Cr、20Cr2MnVB、20Mn2TiB等,其渗透性和心部强度均较碳素渗碳钢高,可用于制造一般机械中的较为重要的渗碳件,如汽车、拖拉机中的齿轮、活塞销等。
(3)中合金渗碳钢如20Cr2Ni4、18Cr2N4W、15Si3MoWV等,由于具有很高的淬透性和较高的强度及韧性,主要用以制造截面较大、承载较重、受力复杂的零件,如航空发动机的齿轮、轴等。
固体渗碳;液体渗碳;气体渗碳---渗碳温度为900--950C,表面层w(碳)为0.8--1.2％,层深为0.5--2.0mm。
碳氮共渗技术的研究与应用
部硬度 ３ ０—３ Ｈ Ｃ，金 相组织 符 合 Ｑ ／ ６ － １９ ５Ｒ Ｃ Ｔ２ ２ ９ ９金 相渗层碳 标 准。设 备 为 Ｒ ２ ５ 一 Ｄ滴 注式 气体 渗碳 Ｑ ＿３ ＿ ９
炉 。渗碳 剂 为 乙醇 和煤 油 ，用 乙醇 和尿 素 制 成饱 和溶
２ ．试验结果
表ｌ 为传统气体渗碳工艺试 验结果 。表 ２为碳氮共
ｌ ２ ３ ４ ０ ２ ． ０ ２ ． Ｏ ２ ． Ｏ． ２ ５ ห้องสมุดไป่ตู้ ６ ０ ５ ９ ６ ０ ３ ４ ３ ６ ３ ５ ３ ３ ２ ３ ４ ３ ４ ４ ４ ４ ４ ４ ４ ４
而且传统气体渗碳工艺与碳氮共渗工 艺要 达到相 同的 渗 层深度 ， 前者 比 后者多用 ２ｒｎ ０ ｉ，温度比后者高 ４％。 ａ ０
碳 势和 氮势 设定 ，从 而 降低渗 碳 温度 ，增 强工件 表 面对 活性 碳 、 氮原子 的物理 和 化 学 吸附 作用 ，提 高碳 原 子 扩 散 系数 和扩散 速度 ，在 短 时间 内提高 工件 的渗 碳速 度 ，减 轻 了工件 的 畸 变。 改善 渗层 的碳 浓 度梯 度 ，使 渗 层 碳 浓度 变得平 缓 ，淬 火后获 得 良好 的硬 度 梯度 和金 相组 织 ，提 高 产 品的 内在 质 量和使 用寿 命 。
１
当富化气 为煤油 ＣＨ 、 ： ，其反应 为： ： Ｃ Ｈ ＋ 时 ｃＨ ２ （ ＋ ） ２ ｎ ｃ ２ ｎ １Ｈ ＋ ［ ］ ＋
氮化处理的缺陷及原因分析
一、引言
模具进行氮化处理可显著提高模具表面的硬度、耐磨性、抗咬合性、抗腐蚀性能和抗疲劳性能。由于渗氮温度较低，一般在500-650℃范围内进行，渗氮时模具芯部没有发生相变，因此模具渗氮后变形较小。一般热作模具钢(凡回火温度在550-650℃的合金工具钢)都可以在淬火、回火后在低于回火温度的温度区内进行渗氮；一般碳钢和低合金钢在制作塑料模时也可在调质后的回火温度下渗氮；一些特殊要求的冷作模具钢也可在氮化后再进行淬火、回火热处理。实践证明，经氮化处理后的模具使用寿命显著提高，因此模具氮化处理已经在生产中得到广泛应用。但是，由于工艺不正确或操作不当，往往造成模具渗氮硬度低、深度浅、硬度不均匀、表面有氧化色、渗氮层不致密、表面出现网状和针状氮化物等缺陷，严重影响了模具使用寿命。因此研究模具渗氮层缺陷、分析其产生的原因、探讨减少和防止渗氮缺陷产生的工艺措施，对提高模具的产品质量，延长使用寿命具有十分重要的意义。
二、模具渗氮层硬度偏低
模具渗氮表层硬度偏低将会降低模具的耐磨性能，大大减少渗氮模具的使用寿命。
模具渗氮层硬度偏低的原因
(1)渗氮模具表层含氮量低。这是由于渗氮时炉温偏高或者在渗氮第一阶段的氨分解率过高，即炉内氮气氛过低。
(2)模具预先热处理后基体硬度太低。
(3)渗氮炉密封不良、漏气或初用新的渗氮罐。
预防措施：适当降低渗氮温度，对控温仪表要经常校正，保持适当的渗氮温度。模具装炉后应缓慢加热，在渗氮第一阶段应适当降低氨分解率。渗氮炉要密封，对漏气的马弗罐应及时更换。新渗氮罐要进行预渗氮，使炉内氨分解率达到平稳。对因渗氮层含氮量较低的模具可进行一次补充渗氮，其渗氮工艺为：渗氮温度520℃ ，渗氮时间8～10h，氨分解率控制在20％-30％。在模具预先热处理时要适当降低淬火后的回火温度，提高模具的基体硬度。
金属热处理缺陷分析及案例
▪ D、淬火方法合适：
▪ 应选择增加热应力、减少相变应力 的淬火方式。
▪ （1）、预冷淬火（降温淬火或延迟淬 火）。
▪ （2）、多介质淬火：
▪
①、双介质淬火：先强冷后弱冷，
如水－油、水－空、盐水－油、油－空
气、碱－空气。
▪ ②、三介质淬火：适用于形状复杂、 变形要求严格的零件如碳素钢零件。
▪ （3）、分级淬火：快冷至Ms点上保温 后空冷。如截面大、易变形开裂的高 碳、高速钢等，应采用2次或3次的逐 级分级淬火。
▪ （2）、稳定化退火处理：850－930的退火， 使A中成分均匀，消除晶界贫铬区，使钢中 C固定于TiC或NbC中。
C、工艺因素：
▪ （1）、加热：加热温度升高，淬裂倾向 大；保温时间长，倾向大；加热炉（选 用真空或电炉）。
▪ （2）、冷却：Ms点以上冷却时不易淬裂， 在Ms点以下时易淬裂（但若缓慢冷却， 也不易淬裂）。
▪ 防止淬裂措施：M等温淬火、分级淬火、 水-油淬火、水－空气双液淬火。
5、预防淬火裂纹的方法
▪
规 律：
▪ 1、尺寸及形状：尺寸增大，向热应力转 化；形状复杂或尺寸突变时在尺寸突变 部位残余应力增大。
▪ 2、淬透时：冷却越快，热应力越大； ▪ 3、未淬透时：由组织应力和热应力综合
作用。
▪ （四）、表面淬火件的残余应力：
▪ 表层为压应力，心部为拉应力。
气体渗碳工艺过程
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气体渗碳工序
3
一、钢的渗碳 渗碳是为提高工件表层的含碳量并在其中形成一定的碳 含量梯度,将工件在渗碳介质中加热、保温，使碳原子渗入 的化学热处理工艺。
气体渗碳工艺过程
4
一、钢的渗碳 渗碳用钢、渗碳后组织、性能及用途 Wc＝0.15％～0.2％的低碳钢或合金渗碳钢
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一、钢的渗碳 经渗碳后淬火、低温回火：
二钢的渗氮氮化离子氮化二钢的渗氮氮化离子氮化设备及构造二钢的渗氮氮化离子氮化过程二钢的渗氮氮化氮化层金相组织二钢的渗氮氮化离子氮化效果三其他化学热处理1
钢的化学热处理简介
化学热处理是将金属或合金工件置于一定温度的活性介 质中保温，使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其化学 成分、组织和性能的热处理工艺。
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三、高能束热处理 高能束热处理是利用激光wenku.baidu.com电子束、等离子弧、感应涡 流或火焰等高功率密度能源加热工件的热处理工艺总称。 激光热处理加热速度快、时间短，变形极小；冷却快， 晶粒细，显著提高表面硬度和耐磨性。主要用于精密零件的 局部表面淬火，也可对微孔、沟槽、盲孔等部位进行淬火。
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四、形变热处理 形变热处理是将塑性变形和热处理结合，以提高工件力 学性能的热处理工艺。 形变热处理种类很多，以高温形变热处理为例。将钢加 热到奥氏体区域，进行塑性变形，然后立即淬火和回火。 高温形变热处理适宜于形状简单的零件或工具，如连杆、曲 轴、模具、刃具等。 五、研制新型淬火冷却介质 目的是寻找淬透能力强、变形小、污染少、成本低的淬 火介质。
渗碳 渗氮、氮碳共渗标准
渗碳渗氮、氮碳共渗标准
通俗地说，不锈钢就是不容易生锈的钢，实际上一部分不锈钢，既有不锈性，又有耐酸性（耐蚀性）。不锈钢的不锈性和耐蚀性是由于其表面上富铬氧化膜（钝化膜）的形成。这种不锈性和耐蚀性是相对的。试验表明，钢在大气、水等弱介质中和硝酸等氧化性介质中，其耐蚀性随钢中铬含水量的增加而提高，当铬含量达到一定的百分比时，钢的耐蚀性发生突变，即从易生锈到不易生锈，从不耐蚀到耐腐蚀。不锈钢的分类方法很多。按室温下的组织结构分类，有马氏体型、奥氏体型、铁素体和双相不锈钢；按主要化学成分分类，基本上可分为铬不锈钢和铬镍不锈钢两大系统；按用途分则有耐硝酸不锈钢、耐硫酸不锈钢、耐海水不锈钢等等，按耐蚀类型分可分为耐点蚀不锈钢、耐应力腐蚀不锈钢、耐晶间腐蚀不锈钢等；按功能特点分类又可分为无磁不锈钢、易切削不锈钢、低温不锈钢、高强度不锈钢等等。由于不锈钢材具有优异的耐蚀性、成型性、相容性以及在很宽温度范围内的强韧性等系列特点，所以在重工业、轻工业、生活用品行业以及建筑装饰等行业中获取得广泛的应用。奥氏体不锈钢在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。钢中含Cr约18%、Ni 8%~10%、C约0.1%时，具有稳定的奥氏体组织。奥氏体铬镍不锈钢包括著名的18Cr-8Ni钢和在此基础上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素发展起来的高Cr-Ni 系列钢。奥氏体不锈钢无磁性而且具有高韧性和塑性，但强度较低，不可能通过相变使之强化，仅能通过冷加工进行强化。如加入S，Ca，Se，Te等元素，则具有良好的易切削性。此类钢除耐氧化性酸介质腐蚀外，如果含有Mo、Cu等元素还能耐硫酸、磷酸以及甲酸、醋酸、尿素等的腐蚀。此类钢中的含碳量若低于0.03%或含Ti、Ni，就可显著提高其耐晶间腐蚀性能。高硅的奥氏体不锈钢浓硝酸肯有良好的耐蚀性。由于奥氏体不锈钢具有全面的和良好的综合性能，在各行各业中获得了广泛的应用。
碳氮共渗的好处
碳氮共渗代替渗碳有什么好处和缺点碳氮共渗代替渗碳有什么好处和缺点 在贴子＂渗碳与碳氮共渗的区别＂里看到下面的讨论，苦于没下文，特提出来向高手请教，问题就在题目碳氮共渗实际上是变相的渗碳，只是在渗碳层中加入了氮原子。其优点是： (1)淬硬性比渗碳硬度略高， 耐磨性和疲劳强度也高。 (2)氮原子的渗入，降低了奥氏体相的存在温度，使碳氮共渗可在较低温度(700-900度)下进行。 (3)易于直接淬火，工件不易变形。 (4)氮原子的渗入还会增加渗层的淬透性，可用普通碳钢代替合金钢。 (5)氮原子的渗入又可使奥氏体稳定性有所提高，所以采用冷却能力较弱的介质，可减少工件变形与开裂。 －－－－－－－－－－－摘自 中心试验室 (Maosir) 版主楼上的问得好，我也想知道原因。曾看过一篇资料，谁写的搞忘了。主题是碳氮共渗齿轮层深可比渗碳齿轮减薄30~40%，但碳氮共渗齿轮的弯曲疲劳极限仍高于渗碳齿轮，还可节能30%左右。日本的研究表明：碳氮共渗齿轮抗回火软化能力高于渗碳齿轮，但我曾见过一家美国企业的标准，对驱动桥齿轮明确规定不允许碳氮共渗。 －－－－－－－－－－－摘自 霜月 热处理工程师 碳氮共渗渗层深度有限,对于大型渗碳齿轮等必须渗层有一定深度.对于国外有的标准不让用碳氮共渗,我不是太清楚,我猜的不要见笑:是不是碳氮共渗脆性大 －－－－－－－－－－－摘自 小乐 热处理学徒工 蕉桔梨萝柚 2009-03-03 06:48 但我曾见过一家美国企业的标准，对驱动桥齿轮明确规定不允许碳氮共渗?XLNuFort 2009-03-03 06:48 渗碳与碳氮共渗的区别一般可以这么理解:1.碳氮共渗的淬硬性比渗碳好.硬度也略高， 耐磨性明显好得多.而且大多数碳素钢淬火油冷也能淬硬.2.碳,氮原子的渗入，使碳氮共渗淬火后的零件抗回火的性能提高.可在较高温度里回火.救世穷人 2009-03-03 06:48 碳氮共渗不是全能代替渗碳工艺的.它们各有好处和缺点:1,渗碳层深度在1.50MM以上的一般都不用碳氮共渗工艺.2,碳氮共渗的 耐磨性确实比渗碳的好.3,如果在碳氮共渗淬火后的齿轮,还需要磨齿的,那就没有必要碳氮共渗了.4.碳氮共渗热处理的工艺温度低,一般淬火后的变形也小.影视版主 2009-03-03 06:48 渗碳与碳氮共渗是有区别的:渗碳一般都用880~940度,而碳氮共渗使用的温度比较低,一般在800~860度.ummvixf 2009-03-03 06:49 2楼的说的不完全,对一些有安全要求的产品来说,选择渗碳
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气体碳氮共渗零件形变分析和改进措施
史亚贝,邰 鑫
(河南工业职业技术学院机电工程系,河南南阳473009)
摘 要:气体碳氮共渗是在气体介质中,将碳和氮同时渗入工件表层,并以渗碳为主的化学热处理工艺。相对于渗碳、渗氮,碳氮共渗具有一定的工艺优势,且易获得高的力学性能。但生产中发现,此工艺在处理非均匀截面的套筒类零件时,易发生较大形变。本文通过试验验证,着重分析零件变形原因,并提出相关改进意见。
关键词:气体碳氮共渗;套筒类零件;力学性能
中图分类号:T G161 文献标志码:A
Analysis and Improvement Measure of G as C arbonitriding P arts Deformation
SHI Yabei,TA I Xin
(Department of Electrical&Mechanical Engineering,He’nan Polytechnic Institute,Nanyang473009,China) Abstract:Gas nitrocementation is a mechanical heat treatment process of mingling carbon with nitrogen in the surface of workpiece under the condition of gas medium,which had certain processing advantages and can obtain better mechanical property compared with carburization,nitriding and nitrocementation.But sleeve parts of non-uniform section often gener2 ated large deformation when gas carbonitriding process had been used in production.So its deformation reasons were ana2 lyzed in this paper,and the improvement measures were presented.
K ey w ords:G as carbonitriding,Sleeve parts,Mechanical property
碳氮共渗是在一定温度下向钢的表层同时渗入碳和氮的过程,碳氮共渗习惯上又称作氰化。一般钢铁零件均可用碳氮共渗处理,如普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、合金结构钢等。经碳氮共渗处理后,零件的硬度、耐磨性和疲劳强度等力学性能都有所提高。目前,中温气体碳氮共渗和低温气体碳氮共渗在生产中应用较广。
在零件加工过程中,发现以氮、氨、二氧化碳为介质的气体碳氮共渗工艺在处理变截面、阶梯状的薄壁零件时,变形很大。
生产过程中常常会遇到如图1a和图1b所示的2种变截面的套筒类零件,材料为20CrNiMo,壁厚十分不均,其中01号零件薄处l.6mm,厚处9.92 mm;02号零件薄处2.2
mm,厚处14.52mm。气体碳氮共渗工艺为560℃×1.2h油冷,处理后检查尺寸时发现,有90%变形超差,形状呈喇叭口状。
图1 典型套筒类零件简图
参考文献
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作者简介:孙首雄(19832),男,硕士,焊接工艺工程师,主要从事焊接技术与焊接装备方面的研究。
收稿日期:2011年4月20日
责任编辑 王亚昆
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・《新技术新工艺》・热加工工艺技术与材料研究 2011年 第7期
1 试验分析
对这2种零件进行碳氮共渗试验,统计结果表明,0l号零件薄壁端外径膨胀值为厚壁端的2～3倍,02号零件薄壁端外径膨胀值为厚端的1.8～2.6倍,2个零件的变形量在+0.021～+0.091mm范围内。由于薄壁端比厚壁端外径膨胀值多,因此形成类似于喇叭口的形状。试验结果如表1所示。
表1 气体碳氮共渗变形情况
零件壁厚/mm
外径膨胀值/cm
薄端(D处)厚端(d处)
01 1.6/9.92+0.039～+0.091+0.031～+0.046
02 2.2/14.52+0.045～+0.056+0.021～+0.025 根据上述试验统计结果,分析认为,影响套筒类零件变形的因素有以下3个方面。
1.1 化合物层组织的影响
工件经过气体碳氮共渗处理后,在表面形成多种相。由于新相与基体相的密度差,导致工件尺寸胀大;同时,由于渗层本身很薄,而工件各部位的渗层厚度差别不大,因此由渗层组织引起工件尺寸胀大,通常是均匀胀大。在壁厚均匀的套筒件气体碳氮共渗试验中得到了证实,因此不会由此而造成类似于喇叭口的形状。
1.2 热应力的影响
由于零件装炉温度较高,入炉后工件薄壁部分温度升高比厚壁部分快,体积膨胀也较快,从而形成热应力。同时,由于薄壁部分温度上升较快,该部分金属的塑性提高也较快。当热应力超过金属的屈服强度时,便产生外径胀大的塑性变形,从而导致零件薄、厚端外径膨胀值相差较大;反之,在冷却过程中,由于薄、厚冷却速度不同,也产生变形。
1.3 机械加工应力的影响
工件在气体碳氮共渗前经过机械加工,残存着内应力。在气体碳氮共渗过程中,残余应力的分散也成为零件变形原因之一。01号和02号零件的变形数据是经过多次验证的,因此对于上述2种零件不能采用一般气体碳氮共渗工艺。为了减少变形,需寻找预防和减少变形的措施。
根据分析结果,针对影响零件变形的各种因素,研究出了控制零件变形的特殊气体碳氮共渗工艺,即高温回火→预氧化→预热→气体碳氮共渗→预冷却→油冷或空冷。其中,高温回火的目的是为了消除机械加工应力;预氧化是为了减缓热应力及改善化合物层的均匀性;预热和预冷是为了减少加热和冷却时的应力。用此法处理以上2种零件,其中01号零件的外径膨胀值在+0.006～+0.028mm范围内,02号零件外径膨胀值在+0.006～+0.027mm范围内,均在产品图样要求的尺寸公差之内,保证了最终尺寸要求。试验证明,01号及02号零件采用特殊气体碳氮共渗工艺,有效地控制了变形;同时也获得了满意的表面硬度和硬化层深,表面硬度为400～550HV,硬化层深达0.12mm。
2 改进措施
根据试验统计结果以及零件变形成因分析,为提高零件的力学性能,提出以下5点改进措施。
1)工件要在精磨之前进行550～600℃高温回火,以消除机械加工应力。
2)根据工件气体碳氮共渗前后的尺寸变化规律,与产品设计人员共同提出零件气体碳氮共渗前工件精磨的尺寸公差。
3)气体碳氮共渗前必须进行预氧化,以减缓热应力的影响及改善化合物层的均匀性。
4)在保证达到技术要求的前提下,尽量缩短气体碳氮共渗工艺时间和减少扩散层深度。
5)出炉前工件应在炉内缓冷一定温度,停止供N H3和CO2,通N2保护。
3 结语
01、02号零件采用一般气体碳氮共渗工艺,变形很大,但采用了特殊气体碳氮共渗工艺后,变形问题得到解决。生产试验表明,引起气体碳氮共渗变形的原因首先是热应力的作用,其次是机械加工应力和氮化物相形成的影响。因此,在气体碳氮共渗过程中,必须严格控制加热速度和冷却速度以及工艺参数。
参考文献
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作者简介:史亚贝(19832),女,助教,主要从事数控技术、计算机集成制造方面的研究。
收稿日期:2011年2月16日
责任编辑 王亚昆
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《新技术新工艺》・热加工工艺技术与材料研究 2011年 第7期