金属表面强化技术论坛——深层渗碳工艺——缓冲渗碳

本文以２Ｃｒ Ｍｏ ０ Ｍｎ 大模数齿 圈为例 ，分别采用
两段渗碳 （ 强渗 扩散 ）一球化退火 一淬火一回火
工艺和缓冲渗碳 （ 强渗、多道扩散）一淬火一回火 工艺 ，并对试验结果进行分析对比 ，详细阐述缓冲 渗碳工艺的推广价 值。
（ 层深 ≥３Ｓ ． ｍｍ）处理后 ，渗碳 层中的碳化物 往往 呈 网块状分布 。有资料表 明，渗后采用球化退火工 艺可改善碳化物分布 ，但工艺周期长 、设备成本 明
２０Ｃ ｒＭ ｎＭ 、 Ｏ
（ ）缓冲渗碳 ３
缓冲渗碳 工艺过程 曲线如 图２
所示 ，该工艺所选用的设备与两段渗碳 工艺相同。
缓 冲渗 碳 后 ，也 进 行 了淬 火 回火 处 理 。
１７Ｃ ｉＭ 、 ｒＮ Ｏ ６
２ ０Ｃｒ ２Ｎ ｉ ４、 ４３ ０、 ２
适 用 层 深 深 层 渗 碳 （≥ 范围。 ３ｍ ． ｍ）推荐使用 ５
注 ：①以层深相 同为前提 。 ②对应适用材料 。
无层深 范围限制
Ｄ 时间ｍ
图２ 大模数齿圈缓冲渗碳工艺曲线
参｝ ～ 燕 《 Ｉ
笔 ７ 蠹
１ ｅ ｎｌｙＦｒｍ ｃ ｏ ｇ ｏ ｈ ｏ ｕ
由图３ 可知 ，经两 段渗 碳＋ ｂ 球化 退 火 ＋ 火 回火 淬
工 艺 处理 后 ，２ Ｃｒ Ｍ ｏ 层组 织 由 回火 马 氏体 、 ０ Ｍｎ 渗
碳＋ 淬火 回火处理后 ，渗碳层 （ 距表面０３ ．ｍｍ）金
相 显 微组 织 如 图３ 示 。 所
残 留奥 氏体 、小块状碳化物 组成 。由此可见 ，在
在对不同材料 的渗碳淬火工艺进行 了１ 多年的 Ｏ 研究基础上 ，本文对缓冲渗碳与两段渗碳淬火工艺 特 点进行 了对 比分析 ，如附表所示 。
缓冲渗碳和两段渗碳工艺对 比
方案 工艺思路
渗 碳 保 温 时 间。
化退火处理。最后，进行了淬火、低பைடு நூலகம் 回火处理。
缓冲渗碳＋ 淬火 回火 两 段渗碳＋ 淬火 回火 包 含 多 个 （ 渗 强 仅包含 强渗＋ 扩散 ＋ 散 ）循环过 程 ， 两 个 阶 段 ，工 艺 思 扩 工艺思路 复杂 路简单
分布形 态，根据这一思路 ，我单位设计 了缓冲渗碳
工艺。
的大型井式渗碳炉 ，工艺曲线如图１ 所示。炉膛有 效尺寸为 ２０ ｍｍ× ０ ０ ８０ ２ ０ ｍｍ，热处理过程采用计 算机在线控制 ，炉温均匀性为 ±５ ℃，碳势均匀性为
０２ ． ％。渗碳 后 ，又对渗碳 件及 随炉试棒 进行 了３ ０ 次球
２ 试 验材料及渗碳 工艺 ．
（ ）２ Ｃ Ｍｎ 大齿圈 １ ０ ｒ Ｍｏ 模数２ ，外形尺寸 ５
显增加 ，为了有效解决这一问题 ，本文设想在深层
渗碳的强渗 中间过程增加多道扩散工艺 ，从而控制
齿 圈表 面碳 势 ，以便 在 渗 碳 层 中获 得 理 想 的碳 化 物
２ ６ ｍｍ Ｘ １０ ｍｍ × ４ ｍｍ，零 件重约８， ４ ０ ９ ０ ５０ ｔ ２ Ｃ Ｍｎ 渗碳试棒尺寸 ４ ｍｍ×１０ ０ ｒ Ｍｏ ０ ｍｍ。 １ （）两段渗碳 ２ 采用德 国Ｓ ＨＭＥ Ｚ Ｃ Ｔ 公司制造
深层渗碳工艺
南京高精齿 轮集 团有限公 司 （ 江苏
缓冲渗碳
钮堂松 刘 臻
２ ０ １ ） 朱百 智 汪正兵 １ ０ ２
１ 缓 冲渗碳 工艺简介 ．
２ Ｃ Ｍｎ 作为优质渗碳钢 ，具 有淬透性好 ， ０ ｒ Ｍｏ 韧 脆转变 温度低 ，价格 比高级优 质渗碳钢 低等优
点 。然 而 ，２ Ｃ Ｍ ｎ 大 模 数 齿 圈 进 行 深 层 渗 碳 ０ ｒ Ｍｏ
（） 深层渗碳＋ ｂ 球化退火
化退火工艺更能有效改善碳化物的分布形态。 （ ）硬度梯度与零件齿面硬度 大模数齿 圈同 ２ 炉试棒经不 同渗碳＋ 淬火 回火 处理后 ， ４ ｍｍ试 ０ 棒硬度梯度 曲线如 图４ 所示。
适用材料
１７Ｃ ｒ ｉ Ｏ、 Ｍ Ｎ ２ ２ Ｃｒ ｎ ｉ ８ ２ 等 ０ Ｍ Ｔ及 ８２ 碳 化 物 形 成 元 素 含 量较高的钢种
１ ２Ｃ ｒ２ Ｎ ｉ４及 １ Ｃｒ Ｎｉ等 碳 化 物 ２ ２ ３ 形 成 元 素 含 量 较 低 的钢种
较长 较短
＼ ／
强 渗
６ ０
扩 降 Ｊ 炉 散 温＼
２ ０ ２ ｆ
～
＼§ ＼Ｏ ６ 出
图１大模数齿 圈两 段渗碳 工艺 曲线
组 织 超 标 风 险 高 ，质量不稳定
２０Ｃ Ｎ ｉ ｒ ２Ｍ 、 Ｏ
质 量 稳 定 组 织 形 态 良好 ， 性 质量稳定
化物 ，但形 成 的 时 间很 短 ，碳 化 物不 致 长 大 ，在 这
４ ０× ０
种情况下 ，及时进行扩散 ，网状碳化物能够重新溶 解。③与 ｃ ±５ ￣球化退火相比 ，在９０Ｃ ０Ｃ ３ ￣进行扩 散 （ 浓度０８ 碳 ．％） ，碳 化物溶解的驱动 力要大得
多 。 因此 ，由 图３ 和 图３对 比可 知 ，缓 冲 渗碳 比球 ｂ ｃ
ｒ 技 术 论 坛 ｌ 、
３ 工 艺结果 与分析讨论 ．
（ ）组织形态 大模数齿 圈同炉试棒经不 同渗 １
富集。因此 ，渗层表面 的碳浓 度容易超过临界值 ， 碳化物首先在奥氏体的晶界上析 出，呈网状分布 。 随着时间的延长或碳浓 度进一步提高 ，网状碳化物 可能向晶内长大 ，碳化物也可能单独在晶内析出 ， 呈角状、块状分布。
Ａｃ±５ ℃的条件下 ，角状 、块状碳化物的尖角部 。 ０
分溶解于基体 中，使碳化物呈小块状 、球 状。
由图 ３ 可 知 ，经 缓 冲 渗 碳＋ 火 回火 工 艺 处 理 ｃ 淬
（）深层渗碳 ａ
后 ，２Ｃ Ｍｎ 渗 层组 织 由回火 马 氏体 、残 留奥 氏 ０ ｒ Ｍｏ
体以及弥散分布于 回火马氏体基体上的细颗粒状碳 化物组成 。这说明，缓冲渗碳获得 了理想的碳化物 分布形态。缓冲渗碳对碳化物形态的改善作用的原 因有 ：①在深层渗碳 中增加 多道扩散过程 ，可有效 降低零件表面碳势 ，使奥氏体 中碳原子的浓度不易 超过临界值 。②如果在渗碳过程中已经形成网状碳