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如何确定渗碳、碳氮共渗热处理工艺过程中的排气时间?

碳氮共渗是在820~860℃温度下,利用渗剂分解出的活性碳原子和氮原子,同时渗入工件表面的过程,共渗时间在1~3h,因此碳氮共渗具有渗碳和渗氮的双重作用,共渗时间与渗层厚度、温度和所用介质有关,共渗层的碳氮含量取决于共渗温度。共渗温度提高则碳含量提高,氮含量降低;共渗温度降低则碳含量降低,氮含量提高,共渗层中碳含量在0.7%~1.0%,氮含量在0. 15%~0.5%,多用于低碳钢、中碳钢和合金钢等,渗剂有固体、气体和盐浴三种。碳氮共渗后进行淬火+低温回火处理,回火后的表层组织为含氮马氏体+残余奥氏体+少量碳氮化合物,心部为低碳马氏体或中碳回火马氏体。

如何确定渗碳、碳氮共渗热处理工艺过程中的排气时间?

碳氮共渗的特点为: 

①在确保工件内部高韧性的前提下,提高了表面硬度、耐磨性和疲劳强度,同时氮降低了奥氏体的形成温度,故工件可在较低的温度下实现共渗;

②工件共渗后可直接淬火、不易出现过热,工件的变形小;

③提高渗层的淬透性,可在缓和的介质中淬火处理;

④渗速快,作业周期短。

渗碳后的钢铁零件表面获得了0. 8%以上的含碳量,渗碳温度在900~940℃,渗碳时间一般在3~6h左右,采用煤油作渗剂,同时添加甲醇为稀释剂,可使渗碳零件心部有一定的强度和韧性的前提下,工件表面的硬度、耐磨性和疲劳强度等得到提高,从而获得优良的综合力学性能。

渗碳后进行热处理的特点为:

①提高了表面渗层的强度、硬度、耐磨性和疲劳强度;

②消除了渗层中的网状渗碳体和适当减少了残余奥氏体的数量,减小了脆性和有助于合金钢性能的改善;

③消除了内应力,增加了零件的尺寸稳定性,可以防止因淬火和车削或磨削过程中产生的加工

④细化晶粒,提高了心部的韧性,渗层比碳氮共渗层厚,故可承受重载荷的作用。

从二者的热处理工艺来看,二者均具有提高渗层的强度、硬度、耐磨性和疲劳强度的效果。由于渗碳的温度比碳氮共渗高,故工件的变形量和淬火后的变形大,渗碳周期长,能耗大,不利于降低热处理成本。另外在表面的含碳量相同时,碳氮共渗层的耐磨性和疲劳强度均高于渗碳层,因此在能满足工件工作要求的前提下,目前有些工件采用碳氮共渗来部分取代渗碳工艺是可行的,多用于处理汽车和机床的齿轮、蜗杆轴类零件等。

那么如何确定渗碳、碳氮共渗热处理工艺过程中的排气时间?

气体渗碳、碳氮共渗工艺过程通常可划分为排气升温、渗碳(包括强渗与扩散)、降温冷却三个阶段。各个阶段的目的要求不同,应分别加以控制。
   排气升温阶段在零件装炉后进行,装炉后炉温大幅度下降,同时有大量空气进入炉内。因此,排气升温的作用是妖式炉温迅速恢复到规定的渗碳、碳氮共渗温度,同时,要尽快排除进入炉内的空气,防止零件产生氧化。
   加大甲醇或富化气的供给量可增加排气速度,使炉内较快地形成还原性气氛或渗碳性气氛。在炉温低于600~650℃时尽量不要向炉内供应保护气体,防止燃气爆炸。供气量的多少应根据炉子的容积来确定。

   排气阶段的时间,小型工件通常是炉子达到渗碳温度后再延续30~60min,以便完全清除炉内的CO2    、H2O、O2等氧化脱碳性气体,对于大中型工件仅仅考虑排除炉内的氧化性气氛还不够,更要注意工件的到温时间和均温时间,这个时间往往被忽略,应该引起重视。

这个时间可以按照下列公式计算:                             

T=K×W

式中   

T——工件的到温时间,min;

       K——综合因素,min/mm;圆柱体时K=3.5,板类件时K=4;
       W——几何指数,圆柱体时W=(0.167~0.25)×D(长径比大时取上限值),板类件时W=(0.167~0.5)×D(厚度长于宽之比大时取上限值);D为工件有效尺寸,mm。
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