钢的化学热处理—－碳氮共渗工艺
[ 2009-11-15 0:28:39 ]
1. 参数的制定
⑴ 碳氮共渗温度的选择
温度的升高、渗入速度显著加快。在常用的碳氮共渗温度范围内，随着温度的升高，氮的表面层浓度越来越低，而且急剧下降，而碳的含量却逐渐提高，特别是碳原子的渗入深度大大提高，但是高温下碳原子扩散加速所以碳的浓度达到一定值后又降低。
碳氮共渗温度较低时表面易形成脆性的高氮低碳化合物ε相，温度升高时可获得含氮渗碳体。另外，由于氮的作用及氮碳的共同作用，碳氮共渗后的残余奥氏体量比渗碳时多且与共渗温度有关，温度的提高残余奥氏体在渗层中的分布加深，而其数量随温度的升高先是降低而后又随温度的升高而增加。
因此，在选择碳氮共渗温度时应该遵循的原则是：
① 尽可能提高渗速；
② 尽可能使渗层中保存一定的氮量；
③ 尽可能使渗层中减少化合物层的出现；
④ 尽可能使渗层在淬火后残余奥氏体量调整到一定值；
⑤ 尽可能减少零件的变形。
综合各种因素，通常碳氮共渗温度在820～870℃之间。
⑵ 碳氮共渗时间的选择
碳氮共渗工艺时间的长短主要决定于所要求的共渗层深度、共渗温度和钢种，此外共渗剂的成分和流量以及装炉量等也都有一定的影响。共渗层深度与共渗时间的关系可以用下式表示：
X=K T
式中：X为共渗层深度（mm），τ为共渗时间（h）， K为共渗系数。其中共渗系数与共渗温度、共渗介质和钢种有关，可通过实验测得。表2列出了常用钢种的K值。
通常在较低的温度下碳氮共渗时，表面硬度随时间的延长而迅速增加；但当共渗时间继续延长时表面硬度不再增加。而在较高的温度下碳氮共渗时，表面硬度值所对应的时间是2～3小时，如时间继续延长，表面硬度反而有下降的趋势。
表2 常用钢种的K值
钢 号 共渗温度 ℃ K值 共渗介质
20Cr 850～870 0.30 略
20CrMnTi 850～870 0.32
20 CrMnTi 820～840 0.31
20MnMo 840 0.34
10或20 850～870 0.28
⑶ 碳氮共渗炉内气氛的控制
气体碳氮共渗以渗碳为主；共渗剂通常由滴入液体渗碳剂和通入氨气，液体渗碳剂通常取丙酮或煤油和稀释剂甲醇。
通常共渗气氛中，氨气含量为25～35％，对于碳氧共渗炉气的控制一般采用在稳定炉气氮气的基础上控制炉气的碳势。当采用带有稀释气介质共渗时，炉内气体介质的流量每小时应为炉膛容积的6～10倍，即保证每小时换气6～10次（称换气次数）。这样在已知炉膛尺寸、共渗介质的产气量就能计算出共渗介质的需求量，制定出炉内气氛控制的工艺参数。表3是几种常用渗剂的产气量：
稀释剂除了可以控制炉内气氛成分的稳定外，还可以配合废气排出孔开启的程度控制炉内的气氛压力。
表3 几种常用渗剂的产气量
渗剂名称 产气量 m3/L
苯 0.42
煤油 0.75
甲醇 1.66
乙醇 1.55
丙酮 1.23
液氨 1.4 m3/kg → 2.8 m3(裂解后)
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⑴ 碳氮共渗温度的选择
温度的升高、渗入速度显著加快。在常用的碳氮共渗温度范围内，随着温度的升高，氮的表面层浓度越来越低，而且急剧下降，而碳的含量却逐渐提高，特别是碳原子的渗入深度大大提高，但是高温下碳原子扩散加速所以碳的浓度达到一定值后又降低。
碳氮共渗温度较低时表面易形成脆性的高氮低碳化合物ε相，温度升高时可获得含氮渗碳体。另外，由于氮的作用及氮碳的共同作用，碳氮共渗后的残余奥氏体量比渗碳时多且与共渗温度有关，温度的提高残余奥氏体在渗层中的分布加深，而其数量随温度的升高先是降低而后又随温度的升高而增加。
因此，在选择碳氮共渗温度时应该遵循的原则是：
① 尽可能提高渗速；
② 尽可能使渗层中保存一定的氮量；
③ 尽可能使渗层中减少化合物层的出现；
④ 尽可能使渗层在淬火后残余奥氏体量调整到一定值；
⑤ 尽可能减少零件的变形。
综合各种因素，通常碳氮共渗温度在820～870℃之间。
⑵ 碳氮共渗时间的选择
碳氮共渗工艺时间的长短主要决定于所要求的共渗层深度、共渗温度和钢种，此外共渗剂的成分和流量以及装炉量等也都有一定的影响。共渗层深度与共渗时间的关系可以用下式表示：
X=K T
式中：X为共渗层深度（mm），τ为共渗时间（h）， K为共渗系数。其中共渗系数与共渗温度、共渗介质和钢种有关，可通过实验测得。表2列出了常用钢种的K值。
通常在较低的温度下碳氮共渗时，表面硬度随时间的延长而迅速增加；但当共渗时间继续延长时表面硬度不再增加。而在较高的温度下碳氮共渗时，表面硬度值所对应的时间是2～3小时，如时间继续延长，表面硬度反而有下降的趋势。
表2 常用钢种的K值
钢 号 共渗温度 ℃ K值 共渗介质
20Cr 850～870 0.30 略
20CrMnTi 850～870 0.32
20 CrMnTi 820～840 0.31
20MnMo 840 0.34
10或20 850～870 0.28
⑶ 碳氮共渗炉内气氛的控制
气体碳氮共渗以渗碳为主；共渗剂通常由滴入液体渗碳剂和通入氨气，液体渗碳剂通常取丙酮或煤油和稀释剂甲醇。
通常共渗气氛中，氨气含量为25～35％，对于碳氧共渗炉气的控制一般采用在稳定炉气氮气的基础上控制炉气的碳势。当采用带有稀释气介质共渗时，炉内气体介质的流量每小时应为炉膛容积的6～10倍，即保证每小时换气6～10次（称换气次数）。这样在已知炉膛尺寸、共渗介质的产气量就能计算出共渗介质的需求量，制定出炉内气氛控制的工艺参数。表3是几种常用渗剂的产气量：
稀释剂除了可以控制炉内气氛成分的稳定外，还可以配合废气排出孔开启的程度控制炉内的气氛压力。
表3 几种常用渗剂的产气量
渗剂名称 产气量 m3/L
苯 0.42
煤油 0.75
甲醇 1.66
乙醇 1.55
丙酮 1.23
液氨 1.4 m3/kg → 2.8 m3(裂解后)
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