钢的渗碳和碳氮共渗、淬火、回火工艺剖析

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 应随炉放置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，并放置在有代表性的位置，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。

4.1.1.2 工件应装在炉子的有效加热区内，加热区的炉温不得超过±15℃。

4.1.1.3 每炉装载量不大于设备的装载量。

4.1.2 气体渗碳工艺规范和操作规程

4.1.2.1 气体渗碳工艺规范参照图1，低碳合金渗碳钢的渗碳温度取上限。

4.1.2.2 排气期

排气期的渗剂滴入量，参照表1，炉子到温后的排气时间的长短取决于排气程度，应取气进行分析，当CO2和O2的含量低于0.5%时，即可关闭试样孔，转入强渗期。无气体分析仪时，可观察废气火苗的颜色和状态，当火苗呈杏黄色，上升无力时，排气基本结束。一般地排气时间为1～1.5小时。

注：a.当炉温>850℃随着炉温的提高，提高煤油+异丙醇的滴量，降低甲醇的滴量。

b.煤油和异丙醇的比例1：3。

4.1.2.3 强渗期，关闭试样孔，点燃排出的废气。检查炉盖及通风机轴处是否漏气。调整煤油、异丙醇的滴入量，滴量多少取决于设备大小，装炉工件表面积的大小及炉子密封的情况，表1的滴量供选择时参考。强渗期炉气成份应控制在表2规定的范围内。有条件应采用红外线CO2碳位自控仪或露点仪控制炉气或用奥氏体分析仪对

炉气进行分析，作为调正滴量的依据。强渗期的炉压控制在100～300pa。废气燃烧的火苗高度控制在200～250㎜的长度。

根据工件有效硬化层要求和渗速经验，约达到1/2～2/3渗层深度时，抽验第一根试样，根据第一个试样的渗层确定第二个试样的时间，当有效硬化层深度达到或接近工件的有效硬化深度时，即可进入扩散期。

4.1.2.4 扩散期：扩散期的煤油、异丙醇滴量约为强渗期的0.5倍，为了保证炉压，并同时加滴甲醇，扩散期的时间与工件要求的有效硬化层深度有关，有效硬化层深度愈深，扩散时间要求愈长一些，与工件的碳势（试样的碳势）有关，碳势高要求扩散时间长一些，还与试样渗层深度有关，为了保证工件表面0.85～1.0%的碳浓度和合理的过滤层，扩散时间约为1～3小时。

4.1.2.5 降温期：抽验的第三个试样，如果网状碳化物≥5级为作正火处理，920℃出炉空冷，对20CrMnMo、17Cr2Ni2Mo 、20CrNi2Mo等渗碳钢，当工件室冷到300～400℃时要放到回火炉中炉冷，防止在表面和次层在空冷时产生马氏体，形成表面裂纹。

对于17CrNi2Mo、20Cr2NiMo等Cr 、Ni渗碳钢即使碳化物不超级也要出炉空冷，空冷的炉温度为860～880℃

对于碳化物不超级的20CrMnTi 、20CrMnMo渗碳齿轮，随炉冷到830～840℃，保温0.5～1H后直接淬火。

降温期的滴量可参考表1

4.1.3 气体碳氮共渗工艺规范和操作规程。

4.1.3.1 气体碳氮共渗操作规程可参照本标准4.1.2条。

4.1.3.2 采用煤油加氨氧的气体碳氮共渗工艺曲线参照图2

4.2工件渗碳和碳氮共渗后的淬火、回火处理。

4.2.1工件渗碳后直接淬火。对本质细晶粒钢工件渗碳后可采用直接淬火的方法，以获得所需要的表层和心部硬度以及有效硬化层深度，如20CrMo、20CrMnMo，以及含硼和稀土的合金钢渗碳件。直接淬火一般在炉中降温到830～850℃，均温0.5～1H出炉后淬火

工件渗碳后直接淬火另一个条件是渗层金相组织网状碳化物≤4级。

工件要求渗层深，炉中碳势又高的情况，容易造成碳化物超级，而对于模数≤5的20CrMnTi、20CrMnMo齿轮，渗碳深度1.2～1.3㎜（含磨量）碳化物不易超级，可以直接淬火，模数大于5的齿轮视渗层的金相组织中网状碳化物的级别而定，如果网状碳化物小于4级可以直接淬火。5级以上则要高温正火，消除网状碳化物或降低网状碳化物级别。

4.2.2 工件渗碳后空冷后再淬火，按方法有以下几种原因：