渗碳处理技术详解
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表面渗碳处理介绍表面渗碳是一种常见的热处理方式,渗碳可以使零件表层得到高含碳量和一定的浓度梯度,提高表面的硬度、耐磨性及疲劳强度,而心部仍保持良好的塑性及韧性。
渗碳主要用于表面耐磨而承受冲击负荷的零件,用于处理低碳钢及低碳合金的零件,如机床主轴、风动工具,汽车、拖拉机齿轮。
一般常见渗碳方式有以下三种:1、固体渗碳:将零件和固体渗碳剂装入密封的渗碳箱中,在炉中加热至900℃~950℃,保温足够长时间,活性碳原子渗入零件表层形成一定厚度的渗碳层。
2、气体渗碳:将零件置于密封的渗碳炉中,加热至900℃~950℃,向炉内加入易分解的有机液体(煤油、苯、甲醇)或直接通入渗碳气体(煤气、石油液化气等)产生活性碳原子渗入钢中形成渗碳表面。
3、液体渗碳:用液体介质(如碳化硅、成品渗碳剂)进行渗碳。
发布于:2008年11月10日 09:03:00表面渗碳处理介绍表面渗碳是一种常见的热处理方式,渗碳可以使零件表层得到高含碳量和一定的浓度梯度,提高表面的硬度、耐磨性及疲劳强度,而心部仍保持良好的塑性及韧性。
渗碳主要用于表面耐磨而承受冲击负荷的零件,用于处理低碳钢及低碳合金的零件,如机床主轴、风动工具,汽车、拖拉机齿轮。
一般常见渗碳方式有以下三种:1、固体渗碳:将零件和固体渗碳剂装入密封的渗碳箱中,在炉中加热至900℃~950℃,保温足够长时间,活性碳原子渗入零件表层形成一定厚度的渗碳层。
2、气体渗碳:将零件置于密封的渗碳炉中,加热至900℃~950℃,向炉内加入易分解的有机液体(煤油、苯、甲醇)或直接通入渗碳气体(煤气、石油液化气等)产生活性碳原子渗入钢中形成渗碳表面。
3、液体渗碳:用液体介质(如碳化硅、成品渗碳剂)进行渗碳。
发布于:2008年11月10日 09:03:00表面渗碳处理介绍表面渗碳是一种常见的热处理方式,渗碳可以使零件表层得到高含碳量和一定的浓度梯度,提高表面的硬度、耐磨性及疲劳强度,而心部仍保持良好的塑性及韧性。
液体渗碳技术液体渗碳技术是一种常用的表面强化方法,它通过在金属材料表面形成一层高碳含量的硬化层,从而提高材料的硬度、耐磨性和抗腐蚀性能。
本文将从渗碳原理、工艺流程、设备及应用等方面进行详细介绍。
一、渗碳原理液体渗碳技术主要是利用液态金属中的高浓度活性元素,如碳、氮等,在高温下向金属表面扩散,形成一定厚度的强化层。
其中,液体中的活性元素主要通过化学反应和扩散作用来实现。
在液体渗碳过程中,首先需要将金属件放入预热炉中进行加热处理,使其达到适宜的温度范围。
然后将含有活性元素的溶液(如盐酸、氰酸等)浸泡在金属件周围,并保持一定时间。
在此过程中,活性元素会逐渐扩散到金属表面,并与其发生反应,在表面形成一定厚度的硬化层。
最后将金属件取出冷却,即可完成渗碳处理。
二、工艺流程液体渗碳技术的工艺流程主要包括预处理、渗碳处理和后处理三个环节。
1. 预处理预处理是指在进行液体渗碳前对金属件进行必要的准备工作。
首先需要对金属件进行清洗,去除表面的油污、锈蚀等杂质。
然后将其放入预热炉中进行加热处理,使其达到适宜的温度范围。
2. 渗碳处理渗碳处理是指将含有活性元素的溶液浸泡在金属件周围,并保持一定时间,使活性元素逐渐扩散到金属表面形成硬化层的过程。
具体操作步骤如下:(1)将含有活性元素的溶液倒入渗碳炉中;(2)将预热好的金属件放入渗碳炉中,并确保其表面与溶液充分接触;(3)启动加热系统,使温度逐步升高到设定值,并保持一定时间;(4)关闭加热系统,等待金属件自然冷却至室温。
3. 后处理后处理是指将渗碳处理后的金属件进行必要的加工和表面处理。
主要包括退火、研磨、抛光等环节,以保证其表面质量和性能。
三、设备液体渗碳技术的设备主要包括预热炉、渗碳炉和冷却设备等。
其中,预热炉用于对金属件进行加热处理,使其达到适宜的温度范围;渗碳炉用于浸泡含有活性元素的溶液,并将其扩散到金属表面形成硬化层;冷却设备则用于将金属件冷却至室温。
四、应用液体渗碳技术广泛应用于机械制造、航空航天、汽车制造等领域。
渗碳处理知识点总结渗碳处理的效果主要是通过碳原子在金属表面渗透并与金属原子结合形成碳化物层来实现的。
碳化物层通常具有高硬度和耐磨性,可以显著改善金属零件的使用性能。
以下是一些渗碳处理的基本知识点:1. 渗碳处理的原理渗碳处理的基本原理是将金属零件暴露在碳化合物质环境中,通过加热至一定温度,使碳原子从表面渗透到金属内部,与金属原子结合形成碳化物。
这些碳化物在金属表面形成一层硬度高、耐磨性好的保护层,从而提高金属的表面硬度和耐磨性。
2. 渗碳处理的工艺流程渗碳处理一般包括准备、加热、渗碳、淬火和后处理等工艺步骤。
首先,对金属零件进行表面清洁和预热处理。
然后,将金属零件置于含有碳化合物质的加热炉中,加热至一定温度,使碳原子渗透到金属表面。
接着进行淬火处理,将零件迅速冷却以形成高硬度的碳化物层。
最后进行后处理,包括清洗、退火和表面处理等。
3. 渗碳处理的优点渗碳处理能够显著提高金属零件的硬度和耐磨性,改善其使用性能。
碳化物层通常具有良好的耐蚀性,可以提高金属零件的使用寿命。
此外,渗碳处理还可以在不改变金属整体性能的情况下达到表面硬化的效果,对金属材料的强度和韧性等整体性能影响较小。
4. 渗碳处理的适用材料渗碳处理主要适用于碳钢、合金钢等含碳金属材料。
这类金属材料通常含有足够的碳元素,能够与外部碳原子结合形成碳化物。
而对于不含碳或碳含量较低的金属材料,渗碳处理效果较差。
5. 渗碳处理的应用范围渗碳处理广泛应用于汽车、机械设备、航空航天等领域的零部件制造。
例如,发动机凸轮轴、齿轮、轴承等零部件常常需要经过渗碳处理以提高其表面硬度和耐磨性。
此外,渗碳处理还被用于改善工具钢、模具钢等材料的表面性能。
6. 渗碳处理的注意事项在进行渗碳处理时,需要注意控制加热温度、渗碳时间和淬火速度等工艺参数,以确保碳原子能够均匀渗透到金属表面,并形成均匀的碳化物层。
此外,对于不同材料和零件的需求,还需要根据具体情况选择合适的渗碳介质和工艺参数,以达到最佳的处理效果。
渗碳处理知识点归纳总结1. 渗碳处理的原理渗碳处理的原理是在金属表面通过加热和碳源的作用,使碳元素在金属表面渗入并扩散至一定深度,与金属原子结合形成碳化物层。
碳化物层通常是由均匀分布的碳化物颗粒组成,可以显著提高金属表面的硬度和耐磨性。
2. 渗碳处理的方法渗碳处理主要有气体渗碳、液体渗碳和固体渗碳三种方法。
气体渗碳是通过在高温下将金属置于含有碳气体的气氛中,使碳原子渗入金属表面。
液体渗碳是通过将金属浸入含有碳源的液体溶液中,使碳原子渗入金属表面。
固体渗碳是将含有碳源的固体材料放置在金属表面,通过加热使碳原子渗入金属表面。
3. 渗碳处理的参数渗碳处理的参数包括温度、渗碳时间、碳化物层的深度和渗碳介质等。
这些参数决定了碳元素的渗入深度和金属表面的硬度,是影响渗碳处理效果的重要因素。
4. 渗碳处理的影响因素渗碳处理的影响因素主要包括金属材料的成分、温度、渗碳介质和渗碳时间等。
不同的金属材料对渗碳处理的响应不同,而且温度、渗碳介质和渗碳时间的选择也会影响渗碳处理的效果。
5. 渗碳处理的优点渗碳处理的优点主要包括提高金属表面的硬度和耐磨性、改善金属材料的耐腐蚀性能、延长金属零件的使用寿命、提高金属材料的疲劳强度和改善工件的摩擦特性等。
6. 渗碳处理的应用渗碳处理广泛应用于机械制造、汽车制造、航空航天、船舶制造、石油化工等领域。
渗碳处理可以有效提高零件的使用寿命和性能,对于强化金属材料具有重要意义。
总的来说,渗碳处理作为一种常见的表面强化处理方法,具有重要的工程应用价值。
掌握渗碳处理的原理、方法、参数、影响因素、优点和应用是非常重要的,对于提高金属材料的性能和使用寿命具有重要意义。
希望本文的知识点归纳总结对大家有所帮助。
渗碳处理工艺
1渗碳处理技术
渗碳处理技术已经在化学行业和铸造行业中得到了广泛的应用,它是一种改善金属材料性能的热处理方法。
渗碳工艺是把铁和钢熔点中的碳移入金属材料的边界处,从而提高金属材料的抗疲劳和耐磨性的工艺。
渗碳处理可以改善金属的拉伸强度,抗压强度和塑性,延长金属材料的使用寿命。
渗碳处理是指使用受热炉中的碳吸收到金属材料表面,形成不同厚度的碳化膜而达到其他目的的一种处理工艺。
优势
渗碳处理主要有以下几个优势:
1.渗碳处理的加工周期短,不需要外部的操作介入,只需要一定的温度和时间,即可实现金属材料的改性,简化了工艺流程。
2.渗碳处理的原料便宜,由于不需要使用复杂的元素,因此经济特别是能源压力比较小。
3.渗碳处理能够提高金属材料的热强度,减少金属材料的疲劳损坏,延长金属材料的使用寿命。
应用
渗碳处理主要应用在机械制造、汽车制造等行业,如铸件、管件、压力容器、螺栓螺母和销芯等。
渗碳处理的热处理工艺还可以用于装配件的生产,这样可以改善机械装配件本身的外观性能,延长其使用寿命,提高机械装配件的耐久性,从而提高使用效率。
2结论
渗碳处理是一种改善金属材料性能的热处理方法,具有加工周期短、原料便宜、热强度高、耐久性好等优点,可以应用在机械制造、汽车制造等行业,如铸件、管件、压力容器、螺栓螺母和销芯等,能够为金属材料的改性提供一种有效的方法。
产品渗碳处理方案1. 引言渗碳处理是一种常用的表面硬化处理方法,适用于不锈钢、合金钢等材料的制造过程中。
渗碳处理能够增强产品的硬度、耐磨性和耐腐蚀性能,提高产品的使用寿命和性能稳定性。
本文将介绍产品渗碳处理的原理、步骤和注意事项,以及渗碳处理方案的选择。
2. 渗碳处理原理渗碳处理是通过在材料表面形成高碳含量的表层,提高材料的硬度和耐磨性。
常用的渗碳处理方法包括气体渗碳、液体渗碳和固体渗碳。
2.1 气体渗碳气体渗碳是将含有氰化物的气体注入到温度较高的炉膛中,使其与材料表面发生化学反应,从而在材料表层形成碳化物层。
气体渗碳具有渗层均匀、渗透深度可控的优点,适用于各种复杂形状的零件。
2.2 液体渗碳液体渗碳是将含有碳源的液体浸渍到材料表面,并在高温下进行热处理。
液体渗碳能够在较短的时间内形成较厚的渗层,适用于对表层要求较高的产品。
2.3 固体渗碳固体渗碳是将含有碳源的固体材料与待处理材料一起放入炉膛中进行热处理。
固体渗碳通常需要更长的处理时间,但能够形成均匀的渗层。
它是一种经济且适用于批量处理的方法。
3. 渗碳处理步骤3.1 表面准备在进行渗碳处理之前,需要对待处理的产品进行表面准备。
这包括去除表面油污、氧化皮和锈蚀物,并进行光洁度处理,以提高渗碳效果。
3.2 渗碳介质选择根据产品的要求和具体情况,选择合适的渗碳介质,包括气体、液体或固体介质。
同时需要根据产品的材料和结构特点,确定渗碳的温度和时间。
3.3 渗碳处理将待处理的产品放入渗碳炉中,根据预定的温度和时间进行渗碳处理。
在渗碳过程中,要保持渗碳介质的稳定性,并严格控制温度和时间,以确保渗碳层的均匀和质量。
3.4 冷却处理渗碳处理完成后,将产品从渗碳炉中取出,并进行冷却处理。
冷却处理可以采用自然冷却或快速冷却的方法,以控制渗碳层的组织结构和性能。
4. 渗碳处理注意事项4.1 温度控制温度是影响渗碳效果和渗层质量的重要因素。
要准确控制温度,避免温度过高或过低造成渗碳层的不均匀或质量问题。
渗碳处理知识点总结高中渗碳处理的原理:渗碳处理的原理主要是通过在高温条件下,将碳原子从外部输送到材料内部,使材料的表面和内部形成高碳浓度的渗层,从而提高材料的硬度和耐磨性。
渗碳处理主要包括固体渗碳处理和气体渗碳处理两种方式。
固体渗碳处理:固体渗碳处理主要是将金属材料与含有碳的固态介质(如固态碳化剂)一起置于高温条件下进行处理。
在高温条件下,固态碳化剂中的碳原子会向金属材料中扩散,形成高碳浓度的渗层,从而提高材料的硬度和耐磨性。
气体渗碳处理:气体渗碳处理主要是通过将金属材料置于含有碳的气体(如一氧化碳)的高温环境中进行处理。
在高温条件下,气体中的碳原子会向金属材料表面扩散,形成高碳浓度的渗层,从而提高材料的硬度和耐磨性。
渗碳处理的方法:渗碳处理的方法主要包括盐浴渗碳、气体渗碳、固体渗碳等几种方式。
盐浴渗碳:盐浴渗碳是将金属材料浸入含有碳的盐浴中,通过高温加热使盐浴中的碳原子向金属材料中扩散,形成高碳浓度的渗层。
气体渗碳:气体渗碳是通过将金属材料置于含有碳的气体(如一氧化碳)的高温环境中进行处理,使气体中的碳原子向金属材料表面扩散,形成高碳浓度的渗层。
固体渗碳:固体渗碳是将含有碳的固态介质(如固态碳化剂)与金属材料一起置于高温条件下进行处理,使固态碳化剂中的碳原子向金属材料中扩散,形成高碳浓度的渗层。
渗碳处理的工艺:渗碳处理的工艺主要包括预处理、渗碳处理和后处理等几个步骤。
预处理:预处理是为了提高金属表面的清洁度和氧化膜的去除,在渗碳处理之前,通常会先进行酸洗、除油、去氧化等预处理工艺,以保证渗碳环境的纯净度和渗层的质量。
渗碳处理:渗碳处理是将预处理过的金属材料与碳源(如固态碳化剂或含碳气体)一起置于高温炉中进行高温加热处理,使碳原子向金属材料中扩散,形成高碳浓度的渗层。
渗碳处理通常需要在高温条件下进行几小时到几十小时不等的时间,以保证渗层的质量和厚度。
后处理:后处理是为了去除金属表面的残留物和氧化层,通常会进行酸洗、清洗、中和等工艺,以保证金属表面的光洁度和渗层的质量。
山东金属表面渗碳工艺
山东金属表面渗碳工艺
1、渗碳处理是对金属表面处理的一种,方法是将工件置入具有活性渗碳介质中加热到单相奥氏体区进行渗碳处理。
渗碳处理可以使渗过碳的工件表面获得很高的硬度,同时保持心部保持原来的硬度和良好的韧性。
2、渗碳处理属于化学热处理,而化学热处理的状态由渗入元素在气氛和金属内部的化学位浓度来判定。
渗入的碳元素化学位浓度在工件表面处也就是边界处不连续,在金属内部有一定的浓度梯度,这个过程属于混合控制。
3、渗碳处理初期,工件表面碳浓度低于碳势浓度,而在工件内部碳浓度呈梯度变化,两者的变化情况不同。
工件在渗碳处理保温阶段通过表面Fe-C反应及内部扩散进行渗碳,我们可以通过控制这两种反应来达到控制渗碳的目的。
4、碳势和温度是影响渗碳处理的关键性因素,提高渗碳温度有利于加快渗碳速度,提高碳浓度有利于提高工件表面硬度,但要注意碳化物的形成,影响产品组织性能。
热处理中的气体渗碳技术热处理是一种通过对金属材料进行加热、保温、冷却等处理过程,来改变其组织、性能和应力状态的工艺。
而气体渗碳技术是热处理中常用的一种加工方法。
在这种技术中,气体会在一定的温度和压力下渗透到金属表面上,使其表面硬度得到提高,从而改善了金属材料的机械性能和耐热性能。
本文将介绍气体渗碳技术的基本原理、应用领域和优势等方面的知识。
一、气体渗碳技术的基本原理气体渗碳技术是一种通过在高温高压环境下将气体渗透到金属材料表面上,使其表面硬度提高的方法。
当气体渗透到金属表面时,其会与金属表面上的元素发生一定的化学反应,从而生成新的化合物。
这些化合物一般为金属碳化物,它们的硬度和抗磨性能都远高于原来的金属。
因此,气体渗碳技术不仅可以提高金属材料的硬度和耐磨性,还可以改善其机械性能和耐腐蚀性能。
二、气体渗碳技术的应用领域气体渗碳技术可以广泛应用于各种金属材料的表面处理和加工。
这包括钢铁、合金、不锈钢、模具钢、车削刀具等。
其中,汽车、航空航天、铁路、机械、电子、化工等行业都是气体渗碳技术的主要应用领域。
针对这些行业中的不同应用场景,气体渗碳技术也可以分为多种不同的处理方式。
例如,在机械行业中,气体渗碳技术可以用于加工车削刀具和齿轮等高精密零件的表面硬度提升;在汽车行业中,气体渗碳技术可以用于提高发动机零件的耐热性能和耐磨性能,从而延长其使用寿命;在航空航天行业中,气体渗碳技术可以用于提高航空发动机零件的耐热和抗疲劳性能,同时也可以提高失速发生时飞机的安全性能。
三、气体渗碳技术的优势气体渗碳技术相对于传统的热处理技术有以下几个优势:1. 高效性。
气体渗碳技术可以在较短的时间内实现金属表面的硬度提升,所需时间可以缩短到几个小时,而传统的加工方法需要数天或数周的时间。
2. 金属材料不变形。
在气体渗碳技术中,金属材料表面的温度可以控制在较低的范围内,从而可以减少金属材料的变形风险,保证了其精度和质量。
3. 低成本。
渗碳处理技术渗碳硬化乃表面硬化法之一种,属于化学表面硬化法。
渗碳者先于钢之表面产生初生态之碳,而后使之渗入钢之表面层,逐渐扩散入内部。
初生态之碳乃由CO或CH4等气体分解而得。
CO之来源或由含有CO之气体得之,或由固体渗碳剂之反应而产生于渗碳容器内,或者由含有氰化物之盐浴得之。
初生态之碳由钢之表面扩散入内部时,钢之温度须增高至沃斯田铁化温层范围内,使初生态之碳埂于扩散,盖沃斯田铁可溶解较多之〞C〞而肥粒铁则溶解力极小,故渗碳温度必须在Ac3要以上之温度。
以便渗碳作用得以进行。
再配合各种热处理法,使得钢之去面生成高碳硬化心部低碳之低硬度层。
使处理供具有表面硬而耐磨,心部韧而耐冲击之性质。
一、渗碳处理之种类与特点:(一)渗碳法之种类渗碳法按使用之渗碳剂而可分为如下三大类:(1)固体渗碳法:以木炭为主剂的渗碳法。
(2)液体渗碳法:以氰化钠(NaCN)为主剂之渗碳法。
(3)气体渗碳法:以天然气、丙烷、丁烷等气体为主剂的渗碳法。
(二)渗碳法之比较(1)固体渗碳法长处:(a)设备费便宜,操作简单,不需高度技术。
(b)加热用热源,可用电气、瓦斯、燃料油。
(c)大小工件均适,尤其对大形或需原渗碳层者有利。
(d)适合多种少量生产。
短处:(a)渗碳深度及表面碳浓度不易正确调节,有过剩渗碳的倾向。
处理件变形大。
(b)渗碳终了时,不易直接淬火,需再加热。
(c)作业环境不良,作业人员多。
(2)液体渗碳法长处:(a)适中小量生产。
设备费便宜。
不需高度技术。
(b)容易均热、急速加热,可直接淬火。
(c)适小件、薄渗碳层处理件。
(d)渗碳均匀,表面光辉状态。
短处:(a)不适于大形处理件的深渗碳。
(b)盐浴组成易变动,管理上麻烦。
(c)有毒、排气或公害问题应有对策。
(d)处理后,表面附着盐类不易洗净,易生锈。
(e)难以防止渗碳。
有喷溅危险。
(3)气体渗碳法长处:(a)适于大量生产。
(b)表面碳浓度可以调节。
(c)瓦斯流量、温度、时间容易自动化,容易管理。
滲碳處理技術滲碳硬化乃表面硬化法之一種,屬於化學表面硬化法。
滲碳者先於鋼之表面產生初生態之碳,而後使之滲入鋼之表面層,逐漸擴散入內部。
初生態之碳乃由CO或CH4等氣體分解而得。
CO之來源或由含有CO之氣體得之,或由固體滲碳劑之反應而產生於滲碳容器內,或者由含有氰化物之鹽浴得之。
初生態之碳由鋼之表面擴散入內部時,鋼之溫度須增高至沃斯田鐵化溫層範圍內,使初生態之碳埂於擴散,蓋沃斯田鐵可溶解較多之〞C〞而肥粒鐵則溶解力極小,故滲碳溫度必須在Ac3要以上之溫度。
以便滲碳作用得以進行。
再配合各種熱處理法,使得鋼之去面生成高碳硬化心部低碳之低硬度層。
使處理供具有表面硬而耐磨,心部韌而耐衝擊之性質。
一、滲碳處理之種類與特點:(一)滲碳法之種類滲碳法按使用之滲碳劑而可分為如下三大類:(1)固體滲碳法:以木炭為主劑的滲碳法。
(2)液體滲碳法:以氰化鈉(NaCN)為主劑之滲碳法。
(3)氣體滲碳法:以天然氣、丙烷、丁烷等氣體為主劑的滲碳法。
(二)滲碳法之比較(1)固體滲碳法長處:(a)設備費便宜,操作簡單,不需高度技術。
(b)加熱用熱源,可用電氣、瓦斯、燃料油。
(c)大小工件均適,尤其對大形或需原滲碳層者有利。
(d)適合多種少量生產。
短處:(a)滲碳深度及表面碳濃度不易正確調節,有過剩滲碳的傾向。
處理件變形大。
(b)滲碳終了時,不易直接淬火,需再加熱。
(c)作業環境不良,作業人員多。
(2)液體滲碳法長處:(a)適中小量生產。
設備費便宜。
不需高度技術。
(b)容易均熱、急速加熱,可直接淬火。
(c)適小件、薄滲碳層處理件。
(d)滲碳均勻,表面光輝狀態。
短處:(a)不適於大形處理件的深滲碳。
(b)鹽浴組成易變動,管理上麻煩。
(c)有毒、排氣或公害問題應有對策。
(d)處理後,表面附著鹽類不易洗淨,易生鏽。
(e)難以防止滲碳。
有噴濺危險。
(3)氣體滲碳法長處:(a)適於大量生產。
(b)表面碳濃度可以調節。
(c)瓦斯流量、溫度、時間容易自動化,容易管理。
短處:(a)設備費昂貴。
(b)處理量少時成本高。
(c)需要專門作業知識。
二、固體滲碳法:將表面滲碳鋼作成的工件,連同滲碳劑裝入滲碳箱而密閉,裝入加熱爐,加熱成沃斯田鐵狀態,使碳從鋼表面侵入而擴散,處理一定時間後,連同滲碳箱冷卻,只取出滲碳處理工件,進行一次淬火、二次淬火、施行回火。
此固體滲碳在滲碳法中歷史最老,不適於連續處理大量工件,作業環境不良,已有衰退傾向,不過爐及其他設備也較簡單,多種少量的處理也較方便,不至於完全絕跡。
固體滲碳的滲碳機構以氣體滲碳為基礎,亦即箱內的固體滲碳劑與箱內空氣中的氧反應,成為二氧化碳(CO2),CO2再與碳反應,生成一氧化碳(CO)。
C + O2 = CO2(1)C + CO2 = 2 CO (2)CO在鋼表面分解,析出碳〔C〕。
2 CO =〔C〕+ CO2 (3)〔C〕異於普通的碳,此種在鋼表面分解的原子狀碳(atomic Carbon)即稱為活性碳或初生態碳(nascent Carbon)的活性強的碳,本講義表成〔C〕;另一方面,鋼材表面副生的CO2再在固體滲碳劑表面依(2)式生成CO,依(3)式分解而析出〔C〕,此反應連續反覆進行,碳從鋼材表面侵入擴散,而滲碳。
前述反應與鐵(Fe)組合成滲碳反應。
Fe + 2 CO = { Fe - C }+ CO2 (4)滲碳用之碳素,如以滲碳性之強度順序列之,可排如木炭、焦炭、石墨、骨炭。
通常使用木炭為主劑,再添加若干滲碳促進劑。
一般以鹼金屬的碳酸鹽為促進劑,碳酸鹽中的碳酸鋰(LiCO3)、碳酸鍶(Sr CO3)、碳酸鉀(K CO3)、的促進能大,但昂貴,工業上採用碳酸鋇(Ba CO3)、碳酸鈉(Na2 CO3)為多。
雖促進能不如,但有耐久性,Na2 CO3快劣化,所以通常木炭加Ba CO320~30%,或再加10%以下的Na2 CO3為滲碳劑。
固體滲碳處理程序下:先將處理工件去鏽,脫脂以適當的間隔(20~25㎜以上)排列於滲碳箱中,周圍填圍滲碳劑,加蓋以粘土封密裝入如圖五之電氣爐,坑式爐也可用。
加熱保持一定時間。
在爐中經過所定後,在爐內徐冷或者由爐中拖出空冷,後進行熱處理。
滲碳鋼的表面為高碳鋼,心部為低碳鋼,有必要施行適用各部份的硬化處理,一般籍一次淬火將心部組織微細化,其次藉二次淬火將滲碳層硬化,最後藉回火使硬化層的組織安定化。
但依鋼材的種類及使用目的而有適當的熱處理,鎳鉻鋼、鎳鉻鉬鋼等的結晶粒粗大化少,未必要一次淬火,滲碳後實施球狀化退火者已達一次淬火的目的,亦無此必要;一次淬火的淬火溫度高,變形大,容易脆裂,要盡量避免;滲碳層淺的小工件通常省略一次淬火。
二次淬火後,施行回火,消除應力,賦予韌性、分解殘留沃斯田鐵,防止時效變形,要求高硬度者在150℃以下長時回火,忌諱時效變形者,可在稍高的180~200℃回火。
三、液體滲碳法:液體滲碳法為將工作件浸漬於鹽浴中行滲碳之方法。
因鹽浴之淬火性良好,因此可減少工作件之變形,並可使處理件加熱均勻。
升溫迅速,操作簡便,便於多種少量的生產。
尤其在同一爐,可同時處理不同滲碳深度的處理件。
液體滲碳是以氰化鈉(NaCN)為主成分,所以同時能滲碳亦能氰化,所以亦稱為滲碳氮化(Carbonitriding),有時亦稱為氰化法(Cyaniding)。
處理溫度約以700℃界,此溫度以下以氮化為主,滲碳為輔,700℃以上則滲碳為主,氮化為輔,氮化之影響極低。
一般工業上使用時,係以滲碳作用為主。
液體滲碳法雖硬化層薄,但滲碳時間短,故內部應力較少,同時因C、N同時慘入,所以耐磨性佳。
液體滲碳反應是利用氰化物(NaCN)分解,先在浴面與空氣中的氧、水分、二氧化碳反應變成氰酸鹽。
2 NaCN + O2 = 2 NaCNO (1)NaCN + CO2 = NaCNO + CO (2)氰酸鹽在高溫分解生成CO或N。
4 NaCNO = 2 NaCNO + Na2 CO3 + CO +2 N (3)在較低溫時反應如下:5 NaCNO = 3 NaCNO + Na2 CO3 + CO2 + 2N (4)生成的CO及N與Fe反應而進行滲碳及氮化。
Fe + 2 CO = { Fe - C }+ CO2 (5)Fe + N = { Fe - C } (6)一般用的滲碳劑是在中添加碳酸鈉(Na2 CO3)、氯化鋇(Ba Cl2)、氯化鈉(Na Cl2)等,比起NaCN單鹽,表面碳濃度低,擴散層增加,900℃時的碳濃度最高,這是由於鋇鹽的促進作用大,而且熔點變高,浴的粘性也增加,影響滲碳作用。
滲碳鹽浴的容器通常使用軟鐵、鎳鉻鋼、耐熱鋼,不過,氧化侵蝕很激烈,施行滲鋁防鏽法可延長壽命;容器形狀宜是內容積大、表面積小、接觸空氣的面少,蒸發揮散量也少,但是容器的上部與下部滲碳力不同,所以要注意鹽浴攪拌。
與滲碳處理的零件安裝於適當的夾具,預熱到200~500℃後浸入鹽中,盡量防止鹽浴溫度降低及熱變形。
浴底堆積很多氧化物,處理品接觸它時會變形,所以須預先調節夾具,使處理品與浴底之間有充分的餘裕。
如前所述,NaCN會隨熔融時間而劣化,滲碳能降低,所以作業中要定期分析CN,CN不夠時,添加指定的補給劑,保持滲碳能在前面所述的鋼箔試驗可簡易試出滲碳能,因NaCN有吸濕性,若將含有水分的補給劑投入加熱浴中,則會濺散,須利用爐的隔熱壁乾燥。
滲碳終了後可直接淬火,不過滲碳溫度高時,可先浸入保持淬火溫度的中性鹽浴中,然後淬火。
表6-1為各種淬火方法之比較。
回火係去除淬火時發生之殘留應力。
且將之部分之殘留沃斯田鐵變為麻田散鐵。
溫度過高則硬度會降低,一般以150~200℃為最適宜。
表6-1 液體滲碳後之淬火法四、氣體滲碳法:氣體滲碳,由於適合大量生產化,作業可以簡化,品質管制容易算特點,目前最普遍被採用。
此法有變成氣體(或稱發生氣體)及滴注式之兩種。
變成氣體方式之方法是將碳化氣體(C4H10,C3H8,CH4等)和空氣相混合後送入變成爐(Gas generator),在爐內1000~1100℃之高溫下,使碳化氫和空氣反應而生成所謂變成氣體(Converted Gas),由變成爐所生成的氣體有各種稱呼,本文方便上叫做變成氣體。
變成氣體以CO、H2、N2,為主成份,內含微量CO2、H2O、CH4,然後將此氣體送進無外氣洩入的加熱爐內施行滲碳。
滲碳時,因所需的滲碳濃度不同,在變成氣體內添加適當量的C4H10、C3H8、CH4等以便調滲碳濃度。
氣體滲碳有關的反應如下所示:2CO =〔C〕+ CO2 (1)CO + H2 =〔C〕+ H2O (2)CH4 =〔C〕+ 2 H2 (3)C2H6 =〔C〕+ CH4 + H2 (4)C3H8 =〔C〕+ C2H6 + H2 (5)此處析出的碳為活性碳〔C〕,此碳滲入鋼中擴散而滲碳。
高級碳化氫以式(4)、(5)的反應依序分解,成為低級碳化氫,最後成為CH4,進行式(3)的分解,式(4)、(5)的分解速度比式(3)快。
這些反應還會引起下示的副反應H2 + CO2 =CO + H2O (6)CH4 + CO2 = 2CO + 2 H2 (7)CH4 + H2O =CO + 3 H2 (8)以上為氣體滲碳的基本反應。
進行氣體滲碳時,需要前述的氣體變成爐、處理爐及其他附屬設備,都屬於氣密式爐體,爐內有風扇使滲碳及溫度均勻化。
在變成爐變成的滲碳性氣體,以對應於處理目的的氣體組成或露點的氣體導入處理爐。
此氣體參與鋼的滲碳,會副生CO2,減低滲碳性,為了從鋼材表面除去CO2,有必要以某速度以上使滲碳性氣體流動,調節氣體流量,使爐內氣體每1小時置換5~10次,又為了防止爐外的氧化性氣體混入,爐內壓力要保持稍高於1氣體。
取出、裝入處理品之際,要實施火陷簾,防止空氣混入,免得爆炸。
滲碳終了後進行淬火,不過滲碳溫度當作淬火溫度時太高的話,可降低氣體的碳位,降低爐溫,成為淬火適溫後淬冷。
淬火用油若不適當,則即使在爐內為光輝狀態,淬入油中時也會氧化著色,達不到光輝處理的目的;淬火油阻害光輝性的因子有油的氧化、殘留碳、硫量等油的性狀或直接與組成有關者,或微量的水分及空氣混入的活,也會降低光輝度。
氣體滲碳後降低溫度至800℃以後直接淬火於水或油中,此時若使用麻淬火之處理則可減少淬火變形,又氣體滲碳後之組織,其表皮含碳濃度與芯部含碳量之間有顯著之差異,所以滲碳後須施以擴散退火(900~950℃),此後在800℃淬火之,淬火後必須在150~180℃施以低溫回火。
滲碳後之熱處理一般依滲碳溫度而分為二種:(1)滲碳溫度在鋼件原含碳量之Ac3上方時,滲碳後中心部份之組織變成微細,表皮則為粗大,此時熱處理只須將表皮之粗大晶粒處理成微細晶粒即可,故將滲碳後之鋼件,加熱至A1稍上方(780℃附近)淬火即可。