快速压力渗碳工艺

强渗
煤油滴量/ 滴
80～120 120～140 120～140 120～140
保温时间/ min
150～180 120～150 80～100 80～100
扩散
煤油滴量/ 滴
20～30 50～60 100～120 150～160
保温时间/ min
10～30 5～10 0～5 0～5
炉压/ kPa
012～013 018～110 115～117 212～213
另外 ,从焊接完成到中间消除应力热处理之间 , 工件的温度始终应保持 ≥200 ℃。
图 3 2 ∀/ Cr21Mo 钢消氢热处理工艺 Fig. 3 Hydrogen2relief heat treatment after weld of
2 ∀/ Cr21Mo steel
图 4 2 ∀/ Cr21Mo 钢中间消除应力热处理 Fig. 4 Interstage stress relieving heat treatment of
L I Ai2yun1 ,L IU Li2ping2 (11Zhengzhou Gear Factory ,Zhengzhou Henan ,450051 China ;21College of Chemical Engineering ,
Zhengzhou University ,Zhengzhou Henan ,450002 ,China)
tivity and has good economic effect .
Key words :pressure ;rapid carburizing process ;carbon potential 缩短渗碳周期的方法主要是提高渗碳温度和使 研究 。整个渗碳过程由原来的 7～8h 缩短到 4～5h , 用化学催渗剂[1～4 ] 。高温渗碳容易使工件畸变量增 大幅度提高生产效率 。
211 试验结果 对按表 2 工艺参数渗碳后的 4 组齿轮试样依技
术要求进行检验 ,结果列表 3 ,其中的各项指标均符 合技术要求 ,对渗层组织进行显微硬度检查 ,4组试
《金属热处理》2003 年第 28 卷第 7 期
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表 3 齿轮经不同工艺处理后试验结果 Table 3 Test results of the gear treated by different carburizing process
成分 ,金相组织和产品试板检验完全符合加氢反应 器设计技术条件的要求 ,从而验证了上述 2 ∀/ Cr21Mo 钢热处理工艺是成功的 。
快速压力渗碳工艺
李爱云1 ,刘利平2 (11 郑州齿轮厂 ,河南 郑州 450051 ;21 郑州大学 化工学院 ,河南 郑州 450002) 摘要 :通过对压力快速渗碳工艺的试验研究和机理分析 ,得到了合适的压力快速渗碳工艺 。试验结果表明 ,增 加渗碳炉内压力可加快渗碳速度 ,缩短渗碳周期 。此工艺方法在生产中应用 ,可提高生产效率 ,并具有十分显 著的经济效果 。
大 ,晶粒也容易长大 ,对设备和材料的要求也更为严 1 试验材料和工艺
格 ,使齿轮畸变更加难以控制 。采用催渗剂会使生 农机变速箱齿轮用的材料为 20CrMn Ti 钢 ,其化
产成本提高 ,对设备也有一定的要求 。为此提出提 学成分见表 1 。
高炉压 ,进行快速渗碳 ,并进行快速渗碳工艺的试验
018～112
K1～6 级 ,M 和残 A1～5 级
硬度
( HRC) 62～63 60～62 61～62 63～64
58～64
碳黑
情况 一般 较多 较多 多
花键孔合格率 ( %)
97 95 9518 95
花键孔检验塞规能穿过
样的渗层硬度分布曲线见图 2 。
碳原子的方向进行 ,即可提高炉气碳势 。根据兰格
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《金属热处理》2003 年第 28 卷第 7 期
关键词 :压力 ;快速渗碳工艺 ;碳势 中图分类号 :TG156. 8 文献标识码 :B 文章编号 :025426051( 2003) 0720046204
Rapid Carburizing Process by Increasing Furnace Pressure
轮试样 ,分别按图 1 所示的工艺和表 2 中的工艺参数
进行处理 。工艺 a 是常规生产工艺 ,生产周期是 72
8h 。工艺 b 、c 和 d 是经过改进的提高炉内压力进行
快速渗碳的工艺 。当排气结束和炉内温度达到图 1
中的 G 点时 ,关小或关闭排气孔 ,以提高炉内压力 ,
同时适当提高煤油滴量 ,试样经渗碳后均采用预冷
Max P W H T
母材试板 焊接试板
源自文库
170 焊缝 热影响区
183
190
母材试板 焊接试板
147 焊缝 热影响区
150
148
表 5 回火脆化倾向评定试验
Table 5 The test of tempering embrittlement tendency
MinPWHT V Tr54 ( ℃)
212 结果分析
缪尔 (Langmuir) 的单分子层吸附理论可知 ,单位固
由表 3 和图 2 可知 ,不同压力对渗层硬度和金相 体表面对气体的吸附速度应与固体表面上空白面积
组织影响不大 ,对畸变的影响也不大 。而在其他条 分数及气体的压力成正比[7 ] 。提高压力可提高吸附
件不变的情况下 ,炉内的压力的变化可以改变渗碳 的时间 。增大炉压 ,可使强渗期和扩散期所用的时 间明显缩短 。由工艺 c 和 d 可以看出 ,炉子孔在全关 的情况下 ,炉压达到 (115～213) kPa ,强渗期和扩散期 的时间由原来的 4h 缩短到 2h ,渗层质量能达到同样 要求。炉内碳势的提高 ,使碳黑增多 ,对炉盖的使用寿 命也有一定影响。所以 ,在增加炉内压力的同时 ,煤油 滴量应控制在适当范围之内 ,由此 c 工艺是合适的。
母材试板
- 39
焊接试板
- 76
ΔV Tr54 ( ℃) 2 3
V Tr54 + 3ΔV Tr54 ( ℃) - 33 - 67
表 6 熔敷金属化学成分( 质量分数 , %)
Table 6 The chemical composition of deposited weld( wt %)
C
Si
Mn
P
S
Cr
Mo
X 系数
01099 0110 0174 01005 01003 2124 0198
(10 P + 5Sb + 4Sn + As) ×102 = 7137 (式中各元素含量为质量百分数)
5 结语
经常温及高温拉伸试验 ,冷弯 , - 30 ℃夏比冲击 试验 ,硬度 ,回火脆化倾向评定试验 ,焊缝金属化学
Table 2 The parameters of carburizing process of the gear made of steel 20CrMnTi
工艺号
a b c d
升温排气
煤油滴量/ 滴
220～240 240～280 280～320 280～320
保温时间/ min
120～150 120～140 120～140 100～120
热处理状态
Min P W H T
Max P W H T
母材试板 焊接试板
327 焊缝 热影响区
182
283
母材试板 焊接试板
313 焊缝 热影响区
162
274
表 4 硬度试验 HV( 10kg)
Table 4 The test of hardness HV( 10kg)
热处理状态
Min P W H T
试验在RJJ27529 T井式气体渗碳炉中进行 ,渗剂
表 1 试验材料化学成分( 质量分数 , %)
Table 1 The chemical composition of test material( wt %)
C
Si
Mn
Cr
P
S
Ni
Ti
0117～0124
0120～0140
0180～1110
1100～1130
工艺号
a b c d 产品技术 要求
过共析层 + 共析层/ mm 0156 0160 0160 0163
占总渗层的 50～70 %
渗层深 度/ mm
019 0193 0192 0196
强渗和扩散 时间/ h 4 215 2 115
渗层组织级别
K1 、M1 、残 A1 K1 、M2 、残 A2 K2 、M2 、残 A2 K5 、M4 、残 A4
4 产品试板检验
产品试板 (包括母材和焊接接头) 的金相组织均
为回火贝氏体组织 ,弯曲试验 ( MaxPWHT ,冷弯 : d = 3 a , a = 20mm α, = 180°) 合格 ,其余检验结果见表 2 ～6 。
表 2 常温及高温力学性能试验( MaxPWHT) Table 2 the mechanical performance at normal temperature
≤01040
≤01040
≤0135
0106～0112
为煤油 ,炉压的控制通过炉盖上两个排气孔关闭程 周期缩短到 4～5h 。工件技术要求渗层深度为 (018
度的不同来实现 。
～112) mm ,表面硬度 (58～64) HRC ,花键孔要求检
将化学成分和原始组织完全相同的 4 组农机齿 验塞规能穿过 。
作者简介 :李爱云 (1965 —) ,女 ,河南巩义人 ,工程师 ,主要从 事热 处 理 工 艺 及 其 质 量 控 制 , 发 表 论 文 6 篇 。联 系 电 话 : 037127516508 , E2mail :lyunw @sina. com 收稿日期 :2002201205
2 试验结果及分析
后直接淬火 。工艺 b 、c 和 d 随着渗碳压力的提高 ,强 渗期时间和扩散期时间缩短了约近 50 % ,整个工艺
图 1 20CrMn Ti 钢齿轮渗碳工艺 Fig. 1 Carburizing process for gear made of steel 20CrMn Ti
表 2 20CrMnTi 钢齿轮渗碳工艺参数
and high temperature( MaxPWHT)
材料
常温
σb/
σ012/
δs
高温 (454 ℃)
ψ
σb/
σ012/
MPa MPa ( %) ( %) MPa MPa
母材试板 596
461
30
74
793 382
焊接试板 574
433
24
母材断裂
72
475 354
母材断裂
表 3 - 30 ℃夏比冲击试验( J) Table 3 The test of impact at - 30 ℃( J)
工件表面含碳量的增加 ,可提高工件表面与内 部的碳浓度差 ,根据费克扩散第一定律[8 ] ,扩散速度
不仅与扩散系数成正比 ,而且也与浓度梯度成正比 ,
Abstract :Rapid carburizing process by increasing pressure and it s principle were st udied. A suitable process for rapid carburizing was obtained. The result s show t hat pressure carburizing process can enhance t he speed of car2 burizing and shorten t he carburizing time. The process which has been applied in production can improve produc2
速度 ,主要是因为随着气体压力的增大 ,碰撞到工件 表面上的分子数就愈多 ,因而吸附速度就愈大 ,达到 一定吸附量需要的时间就愈短 。根据关于单分子层 吸附理论的 Langmuir 吸附等温式和关于多分子层吸 附理论的 BET 吸附公式 ,提高压力还可以增加吸附 量[7] 。总之 ,提高炉内压力 ,可提高碳原子的吸附速度 和吸附量 ,提高碳传递系数和钢件表面的碳浓度。
2 ∀/ Cr21Mo steel
314 最终焊后热处理 最终焊后热处理应在一切焊接工作全部完成 ,
且经检验合格确认不再施焊之后进行 。其主要目的 是为获得材料 、焊接接头的抗回火脆化性能 。其热 处理工艺曲线见图 5 。
图 5 2 ∀/ Cr21Mo 钢最终焊后热处理 Fig. 5 Final postweld heat treatment of 2 ∀/ Cr21Mo steel