常用渗碳(碳氮共渗)钢
渗碳与渗氮的区别
钢的渗碳和渗氮钢的渗碳---就是将低碳钢在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。
渗碳后的热处理---渗碳工件实际上应看作是由一种表面与中心含量相差悬殊码复合材料。
渗碳只能改变工件表面的含碳量,而其表面以及心部的最终强化则必须经过适当的热处理才能实现。
渗碳后的工件均需进行淬火和低温回火。
淬火的目的是使在表面形成高碳马氏体或高碳马氏体和细粒状碳化物组织。
20CrMnTi齿轮渗碳和碳氮共渗工艺对比[1]
![20CrMnTi齿轮渗碳和碳氮共渗工艺对比[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/9ad47bc95fbfc77da269b14c.png)
60～62 38～40 018～1 6 级 合格 合格 合格 合格
59～62 40～42 018～1 6 级 合格不合格合格 不合格
3 结束语
目前 ,工厂已采用此工艺进行正式生产 ,齿轮变 形问题得到了解决 。而且由此带来明显节能效果 ,每 年可节电 5 万 kW·h, 也减少了原渗碳因温度高 ,电 炉耐热材料寿命短 ,维修频繁的问题 ,降低了成本 ,提 高了效益 。
61～63 40～43 018～1 8 级 合格 合格 合格 不合格
60～63 39～42 018～1 8 级 合格 合格 合格 合格
渗碳 59～62 38～40 018～1 6 级 合格 合格 合格 合格
60～62 40～42 018～1 6 级 合格 合格 合格 合格
60～62 37～40 018～1 6 级 合格 合格不合格 合格
摘 要 :通过 20CrMnTi齿轮渗碳和碳氮共渗工艺对比试验 ,寻求减少齿轮变形 ,提高生产效率的方法 。 关键词 :齿轮 ,渗碳 ,碳氮共渗 中图分类号 :TG15618 + 2 文献标识码 :A 文章编号 :1007-4414 (2000) 04-0060-01
农用车齿轮要求高硬度 ,高耐磨性 ,高冲击韧度 和疲劳强度 ,一直采用 20CrMnTi材料 ,其常规热处理 为渗碳工艺 ,但热处理过程中 ,变形控制是技术难题 , 废品率极高 。我们采用碳氮共渗工艺与原工艺进行 对比试验 ,以寻找减少变形 ,提高生产效率的途径 。
醇 ,甲醇于 400～500 ℃裂解 ,反应如下 :CH3OH →CO +2H2, 气氛中 CO 含量为 33%,H2 为 6617% 。碳浓 度约为 014%, 没有富化作用 ,只起保护作用 。而根 据铁2碳相图 ,在 727 ℃时发生珠光体向奥氏体转变 , 在 750 ℃时奥氏体 中 的 碳 含 量 达 0178%, 在 时 ,通入适量煤油和氨气 ,一方面可以快速提高炉内 碳势 ,缩短炉气回复时间 ;另一方面对齿轮表面进行 碳氮共渗 ,缩短随后的共渗时间 。当温度升到 860 ℃ 即调整煤油和氨气至正常工艺参数 。这样 ,共渗时间 比常规共渗工艺缩短 1h, 故生产效率与原渗碳工艺 相比基本相同 。但由于共渗温度低 ,齿轮变形大大减 小 ,且晶粒得到细化 ,其力学性能提高了 。齿轮共渗 后经热处理表面获得含氮马氏体和少量氮化物 ,比渗 碳热处理后的表层具有更高硬度 ,高耐磨性 。
钢的化学热处理
渗剂
吸收: 析出的活性原子克服表面能垒进入金属表面， 形成固溶体或化合物。
Fe〃[C]吸附 → Fe〃C溶
溶解
3Fe〃[C]吸附 → Fe3C
化合
吸收必须进行得足够快，否则会因发生其它反应而失去活性 。 吸收能力与钢的表面活性有关，表面缺陷多（位错、晶界露 头）、粗糙、干净无污染则表面活性高，吸附力强，可促进化 学热处理。
常用的气体介质：天然气、煤气、液化石油气。
使用时，直接通入炉罐里。 CH4→2H2+[C]
2CO→CO2+[C]
CO+H2→H2O+[C]
良好的渗碳介质应具备下列条件：
价格低廉，安全卫生，易于获取； 具有较好的活性，既保证能获得较高的渗碳速度，同时不致使
渗碳层碳浓度过高，而造成大量的过剩碳化物；
5）化学催渗：渗剂中加入一定的化学药剂或触媒剂以加速分解或吸收过程
6）物理催渗：eg:高频电场下的扩散。
化学热处理进行的条件:
1. 渗入元素的原子必须是活性原子, 而且具有较大的扩散能力 2. 零件本身具有吸收渗入原子的能力, 即对渗入原子有一定的 溶解度或能与之化合, 形成化合物。
分解、吸收、扩散三者的协调进行是确保化学热处理成功进行的关键。
产生的“碳黑”“焦炭”少。 渗碳剂分解产物中如果含有较多的不饱和碳氢化合物易形成过
多的碳黑附着在零件表面，使渗碳不均匀；附着在炉壁上，使
炉罐导热性差，从而使渗碳速度降低，同时也增加清理时的麻 烦。 含硫量低。
举例：
18CrMnTi钢汽车后桥主动伞齿轮渗碳工艺
固体渗碳：
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。
3．碳氮共渗过程中碳对氮的吸附有影响．碳氮共渗过程可分成两个阶段：第一阶段共渗时间较短(1—3小时)，碳和氮在钢中的渗入情况相同；若延长共渗时间，出现第二阶段，此时碳继续渗入而氮不仅不从介质中吸收，反而使渗层表面部分氮原子进入到气体介质中去，表面脱氮，分析证明，这时共渗介质成分有变化，可见是由于氮和碳在钢中相互作用的结果。
碳氮共渗
共渗温度的选择应综合考虑渗层质量、共渗速度与变形量等因素。国内大多数工厂的碳氮共渗温度在820~860℃范围内。温度超过900℃，渗层中含氮量太低，类似单纯渗碳，而且容易过热，工件变形较大。温度过低，不仅速度慢，而且表层含氮量过高，容易形成脆性的高氮化合物，渗层变脆。另外还将影响心部组织的强度和韧性。
3．共渗介质的配比与供应量 氨在共渗介质中所占的比例，影响渗层的碳氮浓度与组织状态。在一定范围内加大氨量，能使表层含碳量增加。氮的渗入能降低钢的临界点，增加了碳在奥氏体中的溶解度，加快碳原子的扩散速度，有利于碳的吸收与扩散。但是，表面含氮量的增加是有一定限度的，这个限值与共渗温度有关。过量的氨分解出大量的氮和氢，还会阻碍工件吸收碳。
共渗层的深度应该与工件服役条件和钢材成分相适应。心部的含碳量较高或工件的承载能力较低时，如纺织机钢令圈、40Cr钢制汽车齿轮，渗层应薄些，常在0.50mm以上。一些原来渗碳的零件改为碳氮共渗，深度要求可适当减薄。
共渗层中的浓度梯度宜尽量平缓，以保证层深与心部良好结合，防止渗层剥落。
4NaCNO→Na2CO3+CO+2【N】+2NaCN
2CO→CO2+【C】
由以上反应可以看出，盐浴的活性直接决定于NaCNO含量。新配置的盐浴熔化后，不能立即使用，必须停留一段时间，使一部分NaCN氧化为NaCNO。
加热时，NaCN与空气和盐浴中的氧作用，产生氰酸钠：
2NaCN+O2→2NaCNO
氰酸钠并不稳定，继续被氧化和自身分解，产生活性碳、氮原子。
高温碳氮共渗又叫做氰化
第五章
钢的化学热处理
定义：将钢件放在具有一定活性的介质中加热、保
温使一种或几种元素渗入钢件的表层，以改变其化学
成分、组织和性能的热处理工艺。 基本过程：
①分解：在一定温度下，介质通过化学分解，形
成能渗入工件的活性原子；②吸收：工件表面吸收活性 原子，并溶入工件材料晶格的间隙或与其中元素形成化 合物；③扩散：被吸收的原子由表面逐渐向心部扩散， 从而形成具有一定深度的渗层。 目的：①提高渗层硬度和耐磨性；②提高零件接触疲劳 强度和提高抗擦伤能力；③提高零件抗氧化、耐高温性能； 常用种类：渗碳、渗氮、碳氮共渗、氮碳共渗
钢的化学热处理
材 料：20Cr 工艺情况：930~C渗碳后缓冷 浸蚀方法：4％硝酸酒精溶液浸蚀 组织说明：高温渗碳缓慢冷却的正常组织分 布形貌，最表面为过共析渗碳层，基体组织 为细片状珠光体及均匀分布的白色颗粒状碳 化物，含碳约0.9％，占0.15 mm深。 第二层为共析渗碳层，占0.6mm，基体 为细片状珠光体，l00倍下灰黑色分布，这 一层含碳量为0.77％左右，是渗碳层中主要 的 一层组织。 第三层为亚共析渗碳过渡层，基体为 珠光体及铁素体混合分布，而且铁素体随着 深度的增加而增加，珠光体则逐渐减少，一 直过 渡到心部组织为止。过渡层占0.4mm。 心部原始组织主要为白色铁素体及黑色 珠光体，珠光体约占25％。
钢的化学热处理
加速化学热处理过程的途径：
1）物理催渗法 利用电场、磁场、辐射等，改变温度、气压的物理方法， 或利用机械的弹塑性变形等方法来加速渗剂的分解，活化工件 表面，提高吸附和吸收能力，加速扩散。
●高温化学热处理；
●高压或负压化学热处理； ●高频化学热处理； ●促进分解，提高活性，降低扩散激活能，提高扩散速度。
第九章 渗碳钢
5.4 渗碳钢
Chapter 5 机械制造结构钢
淬火和低温回火后的组织：
零件的渗碳表面：高碳回火马氏体加细小的碳 化物，硬度高（60~62HRC），耐磨性高。
零件的非渗碳表面和基体部分（心部）： 低碳回火马氏体—淬透性高的钢种； 低碳回火马氏体加贝氏体（40~48HRC）—淬
透性中等的钢种； 低碳回火屈氏体（25~40HRC）—淬透性小的
σs MPa
δ %
ψ %
αk J.cm
15
930
890 空
790
200
≥500
≥300
≥15
20Cr
930
880 油
800
200
≥850
≥550
≥10
20Cr MnTi
930
880 油
870
200
≥1100
≥850
≥10
20Cr 2Ni4
930
880 油
780
200
≥1200
≥1100
≥10
≥15
≥40 ≥60
54渗碳钢本溪钢铁集团1500热轧线主减速机一轴和二轴用轴承套圈和滚子选取了渗碳钢g20cr2ni4achapter机械制造结构钢26表37典型渗碳钢的成分mnsicrtini1501201903506501703720cr01702405008002004007010020crmnti01702408011002004010013000601220cr2ni4017024030060020040125175325375chapter机械制造结构钢54渗碳钢27表38典型渗碳钢的热处理和机械性能钢号热处理机械性能预备处理淬火回火jcm15930890790200500300151520cr93088080020085055010406020crmnti930880870200110085010457020cr2ni493088078020012001100104580chapter机械制造结构钢54渗碳钢28最后应该指出的是目前碳氮共渗用钢大多沿用如上所述的渗碳钢但对碳氮共渗钢而言还要更加注意表面残余奥氏体含量以及力求使碳和氮原子同时渗入等问题
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。
渗碳后的热处理---渗碳工件实际上应看作是由一种表面与中心含量相差悬殊码复合材料。
渗碳只能改变工件表面的含碳量,而其表面以及心部的最终强化则必须经过适当的热处理才能实现。
渗碳后的工件均需进行淬火和低温回火。
淬火的目的是使在表面形成高碳马氏体或高碳马氏体和细粒状碳化物组织。
低温回火温度为150--200C 。
很全面,渗碳+渗氮+碳氮共渗表面处理工艺
很全面，渗碳+渗氮+碳氮共渗表面处理工艺渗碳与渗氮一般是指钢的表面化学热处理渗碳必须用低碳钢或低碳合金钢。
可分为固体、液体、气体渗碳三种。
应用较广泛的气体渗碳，加热温度900-950摄氏度。
渗碳深度主要取决于保温时间，一般按每小时0.2-0.25毫米估算。
表面含碳量可达0.85%-1.05%。
渗碳后必须热处理，常用淬火后低温回火。
得到表面高硬度心部高韧性的耐磨抗冲击零件。
渗氮应用最广泛的气体渗氮，加热温度500-600摄氏度。
氮原子与钢的表面中的铝、铬、钼形成氮化物，一般深度为0.1-0.6毫米，氮化层不用淬火即可得到很高的硬度，这种性能可维持到600-650摄氏度。
工件变形小，可防止水、蒸气、碱性溶液的腐蚀。
但生产周期长，成本高，氮化层薄而脆，不宜承受集中的重载荷。
主要用来处理重要和复杂的精密零件。
涂层、镀膜、是物理的方法。
“渗”是化学变化，本质不同。
钢的渗碳——就是将低碳钢在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。
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。
铁素体不锈钢在使用状态下以铁素体组织为主的不锈钢。
很全面,渗碳+渗氮+碳氮共渗表面处理工艺
很全面，渗碳+渗氮+碳氮共渗表面处理工艺渗碳与渗氮一般是指钢的表面化学热处理渗碳必须用低碳钢或低碳合金钢。
可分为固体、液体、气体渗碳三种。
应用较广泛的气体渗碳，加热温度900-950摄氏度。
渗碳深度主要取决于保温时间，一般按每小时0.2-0.25毫米估算。
表面含碳量可达0.85%-1.05%。
渗碳后必须热处理，常用淬火后低温回火。
得到表面高硬度心部高韧性的耐磨抗冲击零件。
渗氮应用最广泛的气体渗氮，加热温度500-600摄氏度。
氮原子与钢的表面中的铝、铬、钼形成氮化物，一般深度为0.1-0.6毫米，氮化层不用淬火即可得到很高的硬度，这种性能可维持到600-650摄氏度。
工件变形小，可防止水、蒸气、碱性溶液的腐蚀。
但生产周期长，成本高，氮化层薄而脆，不宜承受集中的重载荷。
主要用来处理重要和复杂的精密零件。
涂层、镀膜、是物理的方法。
“渗”是化学变化，本质不同。
钢的渗碳——就是将低碳钢在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。
§2 渗碳
上海工程技术大学材料工程学院
六、渗碳层的组织和性能
1. 组织 表层（表面没有游离碳化物，细小颗粒碳化物） 2. 渗碳层性能 碳含量，碳浓度梯度，碳化物评级
3. 渗碳件的性能 1) 心部组织，低碳M或工件尺寸大，T或S 2) 渗碳层深度与工件截面尺寸匹配 承载的接触应力大→渗层浅 Shanghai University of Engineering Science
AC1以上 760～780℃
其工艺特点是渗碳后的零件以较快的速度(防止渗后 表面氧化脱碳和析出网状碳化物)冷却到Ac3以下或室温， 然后重新加热到840℃左右，细化奥氏体晶粒后淬火，保 证渗碳淬火件有好的韧性。此外，渗碳后要求进行半精 加工或要求在压床上淬火或安装上工夹具后淬火，以控 制淬火变形的零件。也需要采用一次淬火法。 Shanghai University of Engineering Science
（喷丸），重新淬火
5) 反常组织（软点） → 较快冷却 6) 心部铁素体过高 → 正常工艺加热淬火
Shanghai University of Engineering Science
上海工程技术大学材料工程学院
表层粗大块状碳化物
表层网状碳化物
Shanghai University of Engineering Science
上海工程技术大学材料工程学院
四、液体渗碳，固体渗碳及其他渗碳方法 1．液体渗碳
含碳盐浴中进行，内热式和外热式 a. 液体渗碳盐浴 渗碳剂： SiC，C；加热介质：BaCl2，Na2CO3， NaCN b. 渗碳工艺及操作 850～900℃，直接冷却 重新加热淬火 工件准备，盐浴的配置及补给 表面覆盖和捞渣 质量检验 工件清洗
上海工程技术大学材料工程学院
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。
铁素体不锈钢在使用状态下以铁素体组织为主的不锈钢。
渗碳、渗氮、碳氮共渗
渗碳、滲氮、碳氮共渗的说明
1.渗碳:渗碳后的工件经淬火和低温回火，使表面具有高硬度河耐磨性，而心部仍保持良好的塑性河韧性，从而满足工件外硬内韧的使用要求。
2.渗氮：零件渗氮后表面形成一层氮化物，不需要淬火就可以具有高的硬度、耐磨性、抗疲劳性河一定的腐蚀性，而且变形也很小，可以直接使用。
20Cr和40Cr渗碳淬火洛氏硬度HR C58-62.
渗氮用钢常常要求含有:Al、Cr、Mo等合金元素的钢，如果没有含上述元素（或含很少），因其生成的渗氮层很脆，容易剥落，不适合作为渗氮钢。
45钢的化学成分：
C=0.42 -0.50%；Si=0.17-0.37%；Mn=0.50-0.80%；Cr≤0.2%；Ni≤0.30%；Cu≤0.25%
故45#钢一般不能氮化。
适合氮化的钢有：38CrMoAlA，40Cr、42CrMo、50CrV等含有Al、Cr、Mo等合金元素的钢。
中高碳钢都可以淬火，锰钢也可以淬火。
3.碳氮共渗：又称氰化。
碳氮共渗是将钢件表面同时渗入碳原子河氮原子，形成碳氮共渗层，以提高工件的硬度、耐磨性河疲劳强度的处理方法。
渗碳、渗氮、碳氮共渗
渗碳、渗氮、碳氮共渗三者有什么不同？反映在材料题上具体有什么不一样的效果
渗碳:渗碳后的工件经淬火和低温回火，使表面具有高硬度和耐磨性，而心部仍保持良好的塑性和韧性，从而满足工件外硬内韧的使用要求。
渗氮：零件渗氮后表面形成一层氮化物，不需要淬火就可以具有高的硬度、耐磨性、抗疲劳性和一定的腐蚀性，而且变形也很小。
碳氮共渗：又称氰化。
碳氮共渗是将钢件表面同时渗入碳原子和氮原子，形成碳氮共渗层，以提高工件的硬度、耐磨性和疲劳强度的处理方法。
渗碳淬火、渗氮与碳氮共渗外观区别
三种热处理工艺处理的工件外观上差别不大，都有氧化色。
通过外观观察即可判定其热处理工艺的可能性不大。
渗氮是为什么。
渗碳是因为低碳钢含碳量不够。
那渗氮是为什么。
渗氮，是在一定温度下一定介质中使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺。
常见有液体渗氮、气体渗氮、离子渗氮。
传统的气体渗氮是把工件放入密封容器中，通以流动的氨气并加热，保温较长时间后，氨气热分解产生活性氮原子，不断吸附到工件表面，并扩散渗入工件表层内，从而改变表层的化学成分和组织，获得优良的表面性能。
渗入钢中的氮一方面由表及里与铁形成不同含氮量的氮化铁，一方面与钢中的合金元素结合形成各种合金氮化物，特别是氮化铝、氮化铬。
这
些氮化物具有很高的硬度、热稳定性和很高的弥散度，因而可使渗氮后的钢件得到高的表面硬度、耐磨性、疲劳强度、抗咬合性、抗大气和过热蒸汽腐蚀能力、抗回火软化能力，并降低缺口敏感性。
另外渗碳的最终目的是使渗过碳的工件表面获得很高的硬度，提高其耐磨程度。
钢的渗碳和碳氮共渗、淬火、回火工艺
钢的渗碳和碳氮共渗、淬火、回火工艺1、主题内容和适用范围本工艺规定了渗碳钢的气体渗碳氮共渗淬火回火处理的工序准备、工艺规范、操作规程、质量检验和安全环保等方面要求。
2、引用标准JB3999—85钢的渗碳和碳氮共渗淬火回火处理GB85839—87齿轮材料及热处理质量检验一般规定ZBJ17022—88齿轮碳氮共渗工艺及质量控制ZBT04001—88汽车渗碳齿轮金相检验JB/ZQ4038—88重载齿轮渗碳质量检验GB9450—88钢件渗碳淬火有效硬化层深度的测定和校核GB15735—1995金属热处理生产过程安全卫生要求3、工艺准备3.1工件准备3.1.1对照图纸了解被处理工件的材料牌号（或化学成份），予处理情况和质量要求，磨削留量，必要时检查齿轮（轴齿轮）的加工精度。
3.1.2工件表面不得有氧化皮、碰伤和裂纹，用清洗剂洗净油污后烘干。
3.1.3工件表面不需要渗碳或碳氮共渗的部位，又无留余量，没安排剥碳层的加工工序，就要用防渗涂料保护，防渗涂料的厚度应大于0.3mm，涂层应致密，防渗涂料应符合ZB451—014的规定。
3.2工装准备3.3开炉准备选用的工装应具有足够的热处理强度和刚度。
3.3.1检查热处理设备的机械和电气部分是否正常，炉子是否漏气。
检查炉子需润滑油的部位，使其不断润滑。
3.3.2检查测温仪表，热电隅是否正常，要定期进行校验。
3.3.3定期清理气体渗碳炉炉罐中的碳黑和灰烬。
3.4工件的表卡和试样3.4.1根据工件的形状和要求，选用适当的吊具和夹具。
3.4.2工件间要有5～10mm的间隙。
3.4.3应随炉放臵与装炉工件材质和予处理相同和符合GB8539—87“齿轮材料及热处理质量检验的一般规定”规定的样式，并放臵在有代表性的位臵，以备炉前操作抽样检查。
4、渗碳和碳氮共渗淬火回火处理的工艺规范和操作规程4.1渗碳、碳氮共渗处理4.1.1装炉4.1.1.1工件装炉前应把炉温升到渗碳或共渗温度，连续生产时可干上一炉出炉后立即装炉。
渗碳工艺的几种常见方法
渗碳工艺的几种常见方法渗碳工艺是指在工件表面渗入一定的碳元素，以提高其硬度、耐磨性和耐蚀性。
常见的几种渗碳工艺有碳氮共渗、氧化盐渗碳、气体渗碳和液体渗碳等。
1.碳氮共渗碳氮共渗是通过一定的渗碳介质，使工件表面同时渗入碳和氮元素。
常用的介质有气体、液体和固体。
在碳氮共渗过程中，会形成高化深度的渗层，提高工件的硬度和耐磨性。
这种方法适用于高硬度、高耐磨性要求的工件，如汽车传动齿轮、滚动轴承等。
2.氧化盐渗碳氧化盐渗碳是将含有渗碳元素的盐溶液涂覆在工件表面，通过高温处理使盐溶液分解，释放出碳元素，然后与工件表面发生反应形成渗层。
这种方法对工件的硬度和耐磨性的提高效果较好。
常见的氧化盐包括氰化钠、氨气、盐酸等。
3.气体渗碳气体渗碳是将含有渗碳元素的气体作为渗碳介质，通过高温处理使其与工件表面发生反应形成渗层。
常见的气体渗碳方法有气体化学渗碳和气体物理渗碳。
气体化学渗碳是将渗碳气体直接与工件表面接触，在高温下进行反应。
气体物理渗碳则是将渗碳气体加热到高温后，使其分解生成渗碳碳源，再通过扩散机制渗入工件表面。
4.液体渗碳液体渗碳是将含有渗碳元素的液体，如甲醇溶液、水煤浆等涂覆在工件表面，通过高温处理使液体分解，释放出碳元素与工件表面发生反应形成渗层。
液体渗碳方法适用于形状复杂的工件，渗碳层的均匀性较好，能够提高工件的硬度和耐磨性。
以上是几种常见的渗碳工艺方法，每种方法都有其适用的工件和特点。
在实际应用中，可以根据工件的要求和材料特性选择合适的渗碳工艺，以提高工件的性能和使用寿命。
渗碳工艺的发展对于提高工件的耐磨性、疲劳性和抗腐蚀性具有重要意义，对于提高工业制造的质量和效率起到关键作用。
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零件表面要求耐磨，心部又要求有良好的强韧性，常采用20Cr、20CrMnTi钢等淬透性较好的低合金渗碳（碳氮共渗）钢。如长期在摩擦条件下工作，承受一定交变负荷和冲击负荷的活塞销、销轴等常采用20Cr钢渗碳（碳氮共渗）淬火；对交变负荷重、冲击较大的齿轮(截面≤30～35 mm)，则采用20CrMnTi钢渗碳（碳氮共渗）淬火。20CrMnTi钢渗碳（碳氮共渗）淬火晶粒细小，淬透性好，且热处理变形小，可保证心部得到以低碳马氏体为主体的组织，心部强度高(HRC38～43)，同时又有较高的塑韧性(αk≥100 J/cm2)；对负荷更重的大截面(工件壁厚≥35～40 mm)的渗碳（碳氮共渗）齿轮，可同重型拖拉机、汽车一样，采用30CrMnTi钢，保证心部较高强度，且心部与渗碳（碳氮共渗）层过渡区的强度也较高。
渗碳（碳氮共渗）钢选材也以淬透性为主，心部要求较高强韧性，一般选用低碳合金钢，否则选用低碳钢，渗碳（碳氮共渗）是充分发挥材料的潜力，所以要尽量选用符合零件性能要求的材料，以提高经济效益。
低碳钢渗碳（碳氮共渗）淬火与中碳钢调质(正火)高频表面淬火，虽二者都是提高零件表面硬度、耐磨性及疲劳强度，但使用时应有区分。一般讲，低碳钢淬火主要用于σb＝700～1000 MPa的较大负荷及冲击较大、中低速的齿轮，花键轴类等零件；而中碳钢高频表面淬火则用于相对负荷较轻(400～700 MPa)，冲击较小的齿轮、轴类等零件。因中碳马氏体的高频淬火层的耐磨性及调质心部的强韧性均较低碳钢渗碳（碳氮共渗）淬火的渗碳（碳氮共渗）层及低碳马氏体心部的为低。此外，受高频淬火工艺的影响，较大模数(m＝5～6)重载齿轮及锥形伞齿轮，齿面高频淬火层沿齿廓分布而无法完成；尤以大锥齿轮两弧齿面硬度差值大，使用中常发生断齿等过早期损坏现象，影响正常运行。对此，应考虑采用20CrMnTi钢渗碳（碳氮共渗）淬火取代40Cr钢调质与高频淬火，虽然制造成本高了些，但一顶几用，还是利大于弊。