渗碳热处理人必须了解
发布日期：2021-01-14
渗碳热处理技术指渗碳原子扩散到钢零件表面后淬火的热处理方法。通过碳的渗透，可以显著提高钢零件的耐磨性、耐久性和韧性。
用来制造渗碳零件的钢叫做渗碳钢。渗碳钢的主要热处理工艺是渗碳后低温淬火回火。零件经处理后，核心为低碳马氏体，具有足够的强度和韧性，表层为坚硬耐磨的回火马氏体和一定量的细小碳化物。
一些结构件在强烈冲击和磨损的条件下工作，如汽车和拖拉机上的变速箱齿轮、内燃机上的凸轮和活塞销等。
根据工作条件，这些零件要求有较高的表面硬度和耐磨性，而核心零件要求有较高的强度和适当的韧性，即要求有“表面硬，内部韧”的性能。
为了兼顾上述双重性能，低碳钢可以采用渗碳淬火和低温回火。此时零件的核心为低碳钢淬火组织，保证了高韧性和足够的强度，而表层(一定深度)含碳量高(0.85% ~ 1.05%)，淬火后硬度高(HRC>60)，可获得良好的耐磨性。
碳钢的成分特征
渗碳钢的含碳量一般很低(0.15%-0.25%之间)，属于低碳钢，这种含碳量保证了渗碳零件良好的韧性和塑性。
为了提高钢芯的强度，加入一定量的合金元素，如铬、镍、锰、钼、钨、钛、硼等。，可以添加到钢中。
其中，铬、锰、镍等合金元素对提高钢的淬透性，强化低温淬火回火后的表面和芯部组织起着主要作用。
另外，少量的碳化物形成元素，如Mo、W、Ti，可以形成稳定的合金碳化物，在渗碳过程中可以细化晶粒，抑制钢件过热。
微量B (0.001% ~ 0.004%)能强烈提高合金渗碳钢的淬透性。
渗碳钢的分类
根据淬透性或强度等级的不同，合金渗碳钢分为三类。
1)低淬透性合金渗碳钢
即低强度渗碳钢(抗拉强度≤800MPa)，如15Cr、20Cr、15Mn2、20Mn2等。这种钢淬透性低。经过渗碳、淬火、低温回火后，铁芯强度低，强韧性结合差。主要用于制造低应力、低强度要求的耐磨零件，如柴油机凸轮轴、活塞销、滑块、小齿轮等。
渗碳时，这类钢的核心晶粒容易长大，尤其是锰钢。如果性能要求高，这类钢在渗碳后往往采用二次淬火方法，即渗碳后正火处理，消除渗碳时形成的过热组织，然后再加热淬火。
2)中等淬透性合金渗碳钢
即中等强度渗碳钢(抗拉强度= 800 ~ 1200mpa)，如20CrMnTi、12CrNi3A、20CrMnMo、20MnVB等。这种钢中合金元素的总含量约为4%。由于钢中主要添加铬和锰，可以更有效地提高淬透性和力学性能(抗拉强度= 1000 ~ 1200兆帕)。一般用于制造大载荷的中小型耐磨零件和中等载荷的大模数齿轮。如汽车、拖拉机变速箱及后桥齿轮、齿轮轴、十字销头、花键轴套、气门座、凸轮盘等。
这类钢含有Ti、V、Mo，渗碳时奥氏体晶粒长大趋势小，从渗碳温度预冷至870℃左右可直接淬火，零件低温回火后力学性能较好。渗碳热处理
3)高淬透性合金渗碳钢
即高强度渗碳钢(抗拉强度> > 1200MPa)，如12Cr2Ni4、18Cr2Ni4WA等。这种钢的合金元素总量≤7.5%。铬和镍元素的加入可以大大提高钢的淬透性，尤其是镍元素的加入可以提高钢的强度，使钢具有良好的韧性。这种钢可用作承受重载荷和强磨损的重要大型零件，如内燃机车牵引传动齿轮、柴油机曲轴、连杆和气缸盖精密螺栓等。
由于合金元素含量高，C曲线向右大幅度移动，所以在空气中冷却可以获得马氏体组织；此外，马氏体转变温度也急剧下降，使得渗碳表面在淬火后保留大量残余奥氏体。为了减少淬火后残余奥氏体的数量，可以在淬火前进行高温回火，使碳化物球化，或在淬火后进行冷处理。渗碳热处理
