工艺流程详解 渗碳淬火常见缺陷

来源:李书常作者:热处理工艺问答

热处理实际生产中,往往由于细节的忽略经常导致不良品的出现。因此热处理工作中要认真负责,将不良品出现的几率降到最低。

实际生产中的热处理流程如下:来料检验(有无磕碰伤,铁屑,漏工序)——备料(热处理工艺卡,可以拼炉的产品)——装料(选择正确的装料方式,主要是从变形方面考虑)——清洗(需要刷涂料的刷涂料防渗,需要螺纹防渗的螺纹防渗)——预氧化(主要是为了使工件表面活化,提高渗碳速度)——进加热炉(工艺一定要选择正确)——后清洗——低温回火。当然随炉试样也要有的。
渗碳淬火常见工艺缺陷:内氧化(IGO),碳化物超标(游离状碳化物,网状碳化物),残余奥氏体超标,渗碳淬硬层中贝氏体数量(NMTP)超标,晶粒粗大,渗碳层淬火后微裂纹,心部硬度和渗碳深度出现偏差。

   内氧化:可控气氛渗碳是建立在水煤气反应之上的,CO+H20——CO2+H2,其中CO2,H2O是有害气体,在高温下极易引起某些以固溶形式存在的合金元素的氧化,在氧化过程中,氧吸附于金属表面然后沿奥氏体晶界向内部扩散,引起晶界合金元素的氧化。形成内氧化的合金元素是从奥氏体化的固溶体中获得,其结果是靠近氧化物微粒的奥氏体基体中该合金元素减少,造成淬火后内氧化处形成非马组织,降低了工件表面的残余压应力,因此在生产中要避免内氧化的产生。

1.工件进炉前不能有油,水,锈斑。

2.合理装炉,保证炉温恢复快,炉气恢复要快,减轻升温     阶段内氧化的产生。

3.严格控制渗碳辅料的质量。

4.提高淬火温度和淬火冷却介质冷速减轻非马的产生。

5.渗碳淬火前10-30min通入5-10%NH3也可减缓非马的产生

   碳化物:碳化物产生主要是由于渗碳碳势高,扩散不好,降温淬火时,在尖角和齿顶部位容易析出网状和断续网状碳化物。一旦析出网状碳化物返工也很难消除,因此工艺上一定要引起注意。

 残余奥氏体:残余奥氏体虽然被碳饱和,但硬度很软,当与马氏体共存时,会造成渗层硬度的降低。残奥对渗碳淬火齿轮使用性能的影响在一些局部一直存在学术上的争论。

1.残奥造成表面硬度下降。

2.残奥对表面残余压应力状态有影响,残奥越高,压应力越低。

3.残奥对疲劳强度的影响(存在争议)。钢的合金含量,表面碳浓度,淬火温度,都直接影响渗碳淬火工件表面组织中的残余奥氏体含量。

      渗碳淬硬层中贝氏体数量:其本质是由于渗层淬透性不够造成,凡是影响到淬火效果的因素都会影响到渗碳淬硬层中的NMTP的量,在实际生产中影响因素主要为:

1、工件尺寸,尺寸越大,出现非马的几率越高,量也可能大。

2.、冷却介质的冷却速度,热油淬火,淬硬层中非马量增加,严重时表面会有一定的贝氏体出现。4.钢件淬透性。渗层中出现高温转变组织(贝氏体)会直接影响到渗层的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度。

      晶粒粗大:在实际生产中经常有粗晶(魂晶)现象,主要是正火处理时产生的粗晶(魂晶)在渗碳淬火后被遗传下来(组织遗传)。粗大晶粒对使用性能有不利影响(脆性增大)。

      渗碳层淬火后微裂纹:微裂纹的产生与含糖量,奥氏体晶粒粗大,渗碳过程表面吸H有关,通过及时回火可以除H和使部分微裂纹愈合。

心部硬度和渗碳层深度出现偏差:工件渗碳淬火后的心部抗拉强度强度取决于心部硬度,而心部组织决定了心部硬度,因此心部硬度对齿轮的弯曲疲劳强度有重要影响。

1.心部硬度高,降低了表面残余压应力,从而降低了工件抗弯曲疲劳能力

2.心部硬度低,在重载作用下,心部会发生塑性变形,而表面仍旧保持弹性,最终导致表层残余压应力降低和残余拉应力的增加,这样就大大降低了弯曲疲劳强度。在重载作用下,由于心部硬度低而不能支撑薄而硬的表面渗碳层而引起压溃菠萝。对于任何情况来说,最佳的心部硬度必须依赖渗层深度及其表面质量。也就是说心部硬度 高低必须与渗碳有效硬化层深度匹配才能保证服役安全,不发生早起疲劳失效。

      以上是齿轮渗碳淬火缺陷产生原因以及危害总结

在多用炉齿轮渗碳淬火过程中设备方面:启炉(关于启炉前的准备工作在此就不详细谈了),预渗(又叫空渗,平碳)。预渗完成后,将空炉碳势设定为0.4-0.6,同时可以进行装炉。多用炉生产过程中定期烧炭,定碳很重要,因为它们直接影响到氧探头的测量真实值,进而直接影响到产品质量。

      多用炉烧碳黑过程

1、 烧炭操作方法:将炉温降到820~850℃。
2、 当炉温稳定后,打开前门。
3、 关闭碳势控制,关闭甲醇、丙烷截止阀,关闭氮气截止阀,停止后室供气。
4、 关闭安全氮气截止阀,停止后室供气。
5、 中门打开50~100mm间隙,保持约2小时,开始烧碳黑,烧碳黑过程中注意炉温的变化。(烧碳黑也可以不打开中门,停止后室供气烧4~8小时具有更好效果)
6、 烧碳黑完成后,关闭中门。
7、 打开安全氮气,流量控制在3~5M3/h。
8、 接通“供气开”按空渗规程进行下一步操作。

      说明:当炉内有大量碳黑沉积时,会破坏渗碳工艺过程,影响碳势控制稳定性,影响加热元件的热传递,降低炉内元件的使用寿命。如炉内出现积碳时,必须及时烧掉,建议两周左右烧一次碳黑,如果积碳黑速度较快,应适当缩短烧碳黑的周期。定碳方法。

1)将定碳片用镊子小心夹出,放在清洗瓶中用丙酮充分清洗干净,随后用镊子夹出,用烘干机充分烘干。随后用万分之一天平称出箔片的初重。箔片重量以1克左右为好,有利于减少测量误差。注意如果使用电子天平,应保证充足的预热时间,以保证测量的准确性,必要时应该用标准砝码进行标定。

2)将钢箔卷成筒状放入定碳杆前端的螺旋中,注意不可以太松,防止操作中钢箔脱落,从定碳孔将钢箔装入炉中,保持约30分钟后将定碳杆从炉中抽出,此时试样管的出口排出的炉气会被点燃,缓慢减小试样管球阀的开度,直到火苗已经很小但仍能保持稳定燃烧为止,以防止空气进入,让钢箔在试样管中自然冷却约5分钟后,方可取出。必要时也可以用湿棉纱将试样管冷却到不烫手为止。随后取出定碳片,关闭取样管。整个过程中要防止钢箔氧化。正常的箔片应该为光亮的,如果出现蓝色的氧化色应重做。

注意定碳时钢箔需要在炉内保持足够长的时间后再取出,以保证渗透,同时应注意检查一下氧探头吹扫周期,定碳期间氧探头不能吹扫,必要时可以考虑临时关闭吹扫功能,从而确保测量准确。

3)一般情况下将渗碳后的钢箔用脱脂棉仔细擦干净即可,可以不进行清洗。必要时重新用丙酮清洗烘干,随后称出钢箔末重。
4)碳势的计算公式为:
5)随后根据计算好的碳势在2604仪表中进行修正即可。
      注意:整个操作过程中都要保持钢箔的清洁,不允许用手或其它不干净的东西接触。
      吹扫气管路气密性差的影响: