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滲碳高強機械結構件的熱處理最新進展

发布时间:2019-05-07 14:09 浏覽量: 分享到:

像齒輪這一類需要滲碳的結構件,它的高強度化對策是不同的,一般是將提高齒根強度的方法和提高齒面強度的方法的任何一方置于重要位置而進行開發。其原因之一是在氣體滲碳時有晶界氧化,從與氧的親和性的觀點出發,在選擇加入鋼材中的合金成分方面受到了限制。滲碳齒輪,因齒輪形狀和使用環境的不同,其損壞形態有較大差異,具體可將之分爲齒根斷裂和齒面斷裂損壞。齒根部的斷裂可分爲由沖擊載荷造成的沖擊(脆性)斷裂和由交變應力造成的疲勞斷裂。與此相對的齒面損壞是因齒面間的接觸而産生的現象,可細分爲凹坑、劃傷、燒結、磨損等。這些損壞形態隨齒輪間的相對滑動速度和載荷面壓的不同而變化。要求齒輪具有高的耐久性,而且持續追求所用鋼材的極限性能。由于齒輪大半實施滲碳淬火,故滲碳鋼的開發對齒輪的高強度化和輕量化有極大的促進作用。
  近年來由于真空滲碳技術的普及提高了鋼材合金設計的自由度,從而有可能既節省合金,又能提高齒輪的齒根強度和齒面強度。
  近年开发了可以与连续炉相匹配的高效率批量生产型真空渗碳炉,推进了渗碳气体选择和渗碳控制技术的进步。在欧洲已进行了以汽车部件为中心的从气体渗碳向真空渗碳的转变。即使在国外,也正向低CO2 排放化、缩短交付时间,改善在线作业环境以及提高生产灵活性的方向发展。
  真空渗碳的原理:气体渗碳是利用渗碳性气体的布德奥德反应(C+CO2=2CO)而进行的供给碳元素的处理。由于在气氛气体和钢材表面的平衡成立,故可控制气氛气体分压而调整钢材表面均碳元素浓度。另一方面,在真空渗碳处理中,是将密闭炉内调整到真空(减压)状态后,导入碳化氢(C2H2等)气体供应碳元素。渗碳期是在钢材表面生成极薄的石墨膜,以石墨-渗碳体-奥氏体的3相平衡反应到高表面碳浓度进行渗碳,而扩散期是碳仅向内部扩散。总之,可以导入表面的最高碳浓度就是与石墨平衡的碳浓度。以此方法为基础,若增大碳化物形成元素的Cr、Mo 含量,就可提高表面碳的浓度。反之,若增加助长石墨生成的Si、Ni 含量,表面碳浓度就降低,也不会生成碳化物。这就是说由于钢材成分的影响,有时是完全没有生成碳化物,有时却完全覆盖了碳化物,实用钢多处于上述两者的中间状态,在渗碳期部分生成了碳化物。
  真空滲碳用鋼:解決真空滲碳課題的鋼以真空滲碳代替批量生産型連續滲碳爐時,至今爲止産生了不同的研究課題,如過滲碳,在處理品邊緣部生成了晶界碳化物和殘余奧氏體(A),有時會造成處理品的強度下降。由于脈沖滲碳等滲碳控制技術的提高,有時雖然可以減輕過滲碳,但將其作爲對策尚不充分。因此,現在有必要利用滲碳以後的熱履曆和處理品形狀的最佳化,以謀求對過滲碳的改善。
  真空滲碳具有氣體滲碳所沒有的長處和可能性,可以期待其有高性能化、降低成本、提高勞動生産率和保護環境等效果。具體而言,真空滲碳的特點是不發生晶界氧化和滲碳阻礙、可供給高濃度碳、易進行高溫滲碳處理、易使用中間冷卻、可減少氣體使用量和排出廢氣量。與上述特點相對應的長處和可能性是高性能化、縮短處理時間、擴大適用部件、省略工序以及保護環境。例如,使用了碳化氫氣體的真空滲碳(或減壓滲碳)已查明具有表面無氧化、用高溫滲碳可縮短滲碳時間、火焰和廢氣少可保護環境等優點。然而另一方面,采用真空滲碳時出現的問題也有一些,原來真空滲碳效果不明顯的原因有:①滲碳的濃度和深度與氣體滲碳不同;②有必要按處理品及其裝入狀態變更滲碳控制;③處理品形狀不同給滲碳控制造成了困難。④沒有與連續爐相匹配的高生産率熱處理爐。這些需要今後的生産實踐中得到逐步解決。

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