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真空渗碳的应用案例【案例分析】

真空渗碳的应用案例【案例分析】 

渗碳指使碳原子渗入到钢表面层的工艺过程。经过渗碳处理后使低碳钢的零件具有高碳钢的表层,渗碳零件经过淬火、回火,得到高的表面硬度﹑高的耐磨性和疲劳强度﹐并保持心部有低碳钢淬火后的强韧性和塑性﹐使工件能承受高强度和频次的交变载荷。

渗碳包含3个基本过程:分解→吸附→扩散。按渗碳方式的不同﹐可分为气氛渗碳、固体渗碳﹑液体渗碳﹑和真空渗碳等。

传统气氛渗碳目前应用最为广泛,固体渗碳和液体渗碳受生产效率,劳作条件,环保要求等诸多因素制约在逐步被替代。作为一种目前被大量应用的渗碳方式,传统气氛渗碳在提高普通材质零件性能方面具有不可忽视的作用,但在实际生产过程也暴露出许多问题,如工件内氧化、尾气排放较大、渗碳周期较长、工件易氧化和脱碳、高合金及不锈钢等无法渗碳等。

  和传统气氛渗碳方式相比,真空渗碳降低了处理成本,消除了环境污染,能获得优良的工件表面状态和渗碳层均匀性,真空渗碳还具有淬火变形小、渗碳效率高和避免晶界氧化的优点。真空渗碳炉具有真空淬火炉所有设备优点,在工艺方面既可以真空渗碳+淬火,还能够进行工模具淬火、退火、固溶,以及某些零件的钎焊处理,基于一台设备即实现了热处理工艺的多样化生产。同时真空渗碳炉在还可以实现高合金钢和不锈钢渗碳,提高劳动条件和产品品质等方面也具有无可比拟的优势。

下面我们就真空渗碳的应用举例

我们研究了20CrMnMo材质的大直径重载齿轮的真空渗碳工艺数据及特点,并应用于实际生产,取得了良好的效果。该齿轮已正常装机运行数年,目前运行状况良好。

一、低压真空渗碳淬火零件和技术要求

材料:20CrMnMo

   图1.大型重载齿轮实物及试样

1.齿轮参数及真空渗碳淬火工艺要求

二、真空渗碳工艺方案及生产设

  生产设备为郑州飞虹热处理设备制造有限公司生产的FZSC2-300型双室真空渗碳油淬炉,有效工作区为1500*1500*800mm)。

工艺方案如下表2

三、真空渗碳淬火模拟及实验结果


3不同渗层真空渗碳工艺碳浓度三维模拟结果

工艺

工艺2

工艺3

不同真空渗碳淬火工艺后平面处碳化物金相组织

工艺1(75+900min)

工艺2(75+1200min)

工艺3(75+1500min)

不同真空渗碳淬火工艺后尖角处碳化物金相组织


工艺1(75+900min)

工艺2(75+1200min)

工艺3(75+1500min)


表3.齿轮低压真空渗碳淬火工艺123试验结果


4.齿轮低压真空渗碳淬火工艺123试验结果

420CrMnMo钢低压真空渗碳模拟结果与实际值对比

编号

工艺1

工艺2

工艺3

工艺4

表层碳浓度实际值/wt%

1.24

1.10

0.95

0.86

表层碳浓度模拟值/wt%

1.20

1.05

0.93

0.83

渗层深度实际值/mm

3.5

3.9

4.2

4.4

渗层深度模拟值/mm

3.2

3.7

4.0

4.2

四、深层真空渗碳实验流程及结果分析 

5.低压真空渗碳淬火工艺流程图

过程说明:

    1650℃预热一次:使齿轮受热均匀,减小工件内部热应力;

    2 渗碳结束后1barN2压力下进行气冷正火:由于大齿轮工件长时间渗碳晶粒长大趋势明显,消除渗碳层中可能存在的网状碳化物;

 3、680℃对齿轮进行高温回火:使渗层析出含Cr的碳化物,进一步消除渗碳层网状碳化物,使碳化物球化和消除应力。

    4、试验中共放置齿形随炉试样4个,均匀悬挂于齿顶圆圆周上,渗碳淬火结束后对4个随炉试样进行分析。

6 .齿轮深层真空渗碳淬火后实物与金相组织

 

 7.2齿轮深层真空渗碳淬火后显微硬度分布

五、结果分析

        1工件试样表面光亮,呈金属银白色,外观状态非常好。
      220CrMnMo钢深层真空渗碳工艺,在选用合适的渗扩比时,渗碳层误差非常小,渗层尖角处为数量较少的粒状碳化物,不存在网状碳化物,碳化物级别为23级。
     320CrMnMo钢深层真空渗碳(4.4mm)表层碳浓度模拟值低于实际碳浓度值0.035%,模拟渗碳层深度值平均小于实际渗层深度0.22mm,误差较小。
      420CrMnMo钢大型重载齿轮在渗扩比为1:20时,经深层真空渗碳淬火处理后,表层碳浓度为0.86%,渗层深度4.4mm,碳化物别为12级。
      5、总保温时间为28.75h时(渗碳+扩散)时,选用合适的渗扩比,总渗层及金相组织完全符合模拟数值和技术要求。


文章来源:郑州飞虹热处理设备制造有限公司 

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