滲碳工藝簡介

陳玉茹

(長春汽車工業高等專科學校，吉林 長春 130013)

滲碳工藝簡介

陳玉茹

(長春汽車工業高等專科學校，吉林 長春 130013)

滲碳是機械零件常用的一種熱處理工藝，它可以使滲碳淬火的工件表面獲得很高的硬度和耐磨程度，內部還具有較高的韌性。本文以箱式爐工藝為例，簡要介紹變速箱齒輪滲碳熱處理工藝，并對其進行簡要分析。

滲碳；淬火；工藝分析

1 一般工藝流程簡介

滲碳是金屬表面處理的一種，采用滲碳的多為低碳鋼或低合金鋼，具體方法是將工件置入具有活性的滲碳介質中，加熱到900～950℃的單相奧氏體區，保溫足夠時間后，使滲碳介質中分解出的活性碳原子滲入鋼件表層，從而使表層具有高碳含量，但心部仍保持原有成分。這是金屬材料常見的一種熱處理工藝，它可以使滲過碳的工件表面獲得很高的硬度，提高其耐磨程度。

（1）防滲：對零件進行防滲處理，一般采用涂料或防滲螺母。并非所有零件都需要進行防滲處理，對于不需要防滲處理的零件，直接進入預氧化工序。

需要防滲處理的位置一般為螺紋或者后續需要焊接處。碳含量過高或硬度過高會影響螺紋強度或焊縫韌性，而且容易產生焊接裂紋。

（2）預氧化、脫脂：預氧化溫度在400℃左右，去除表面油脂提高表面活性，為滲碳工序提供清潔表面。脫脂溫度一般不超過450℃，超過450℃則工件表面會產生氧化皮影響精度。雖然該工序名為脫脂，其主要目的其實是預熱工件，使工件升溫至滲碳溫度這一過程相對平穩，減小升溫溫度梯度。

（3）加熱：加熱溫度一般為880℃，零件在該工序完全奧氏體化。由于奧氏體晶體結構為FCC，C在其中處于八面體間隙，碳溶解度增大。

（4）滲碳（強滲）：滲碳溫度為920～930℃，碳勢控制在1.15%C。滲碳時間一般為200min。滲碳氣氛主要成分為CO、CO2、N2，三種氣體比例為20%、40%、40%。除此以外氣氛中還含有少量的H2O和CH4。

（5）擴散：擴散溫度為900～910℃，此階段C從零件表面進入零件內部。碳勢控制在0.85%C，擴散時間為80min。滲碳和擴散時間比例一般為3:1。

（6）降擴：降擴階段溫度降低，擴散繼續進行。此時溫度降至850℃，為淬火做好準備。

（7）淬火：淬火工序采用油淬，油溫一般為120℃，有時采用60～70℃。氣淬介質為N2。

（8）清洗：清洗工序主要是浸洗、噴淋、烘干，去除表面油脂，為回火工序提供潔凈表面。清洗不徹底，油污在回火時霧化，可能造成回火爐爆炸等危險。

（9）回火：回火采用低溫回火，溫度一般為180℃、190℃、200℃。

（10）噴丸：噴丸一般為清理噴丸，能夠有效清理零件表面。鋼丸尺寸為0.8～1.0mm。如零件有磨齒需求，則在磨齒后進行強力噴丸。表面壓應力要求為900MPa以上，有時強力噴丸難以達到要求。

（11）退火：個別零件螺紋處需進行感應退火。

（12）校直：校直工序針對軸類零件，采用自動校直機，消除淬火變形。

（13）磷化：橋齒輪機加后進行磷化處理，主要目的是防銹，磷化層厚度在0.001mm左右。最重要參數為強滲溫度與時間，滲層深度的80%到90%都是在強滲階段完成。擴散目的是使零件表面碳濃度與內部碳濃度差減小，此時表面的碳向內外兩個方向擴散。

2 具體工藝與技術參數

2.1 測量及控制

切件檢測部位：齒輪類零件及帶齒軸類（不包含花鍵）以齒寬中部橫截面節圓處為準；無齒軸類零件以最小軸頸處為準。

試塊：每爐必須帶一件試塊用于檢測，試塊不合格時，切一件零件進行復檢，最終以實件檢測結果為準；

（1）齒輪類試塊為與裝爐零件相同材料、相同批次、相同爐號，至少包含三齒的試塊。

（2）齒塊入爐前不得因受熱而產生組織改變的現象發生。

（3）若裝爐零件為軸類，可以使用與裝爐零件相同材料、相同批次、相同爐號的TP試樣。

淬火油檢測項目：運動粘度、閃點、水含量、冷卻性能等指標；檢測頻次：1次/3月；反應措施：換油或調整。

表1中淬火時序號1和2兩工序時間之和為淬火

表1 淬火工藝參數

總時間。這一時間和不小于15分鐘，2號工序時關閉淬火油攪拌電機，降低冷卻速度。3號工序時工件出油，此時淬火已經完成，等待淬火油回流至淬火油槽，工藝文件中所寫氣淬并非如真空爐采用高壓氮氣冷卻。

2.2 工藝分析

零件材料為淬透性較好的20CrMnTiH，且箱齒零件體積相對不大，因此采用了冷卻速度慢的好富頓355淬火油進行淬火。在保證零件淬火能夠獲得足夠硬度，滿足質量要求的情況下，采用冷速慢的淬火油能夠降低淬火變形并減小裂紋傾向性，有助于獲得質量更佳的產品。

整個滲碳過程中溫度以及碳勢隨時間的變化如圖1所示。可以注意到，溫度上升階段碳勢變化應滯后于溫度的變化。因為只有當溫度上升至滲碳溫度，零件內外溫度一致時，組織才能完全轉變為碳溶解度大的奧氏體，此后增加碳勢才能進行滲碳。在溫度下降以后，強滲階段結束，進入擴散階段時，碳勢和溫度同步下降。這樣能夠獲得最佳滲碳效果，同時避免氣體的浪費。

圖1 滲碳溫度、碳勢-時間曲線

3 結論

滲碳工藝是汽車制造及機械工程加工中常用的工藝，目前技術比較成熟，使用箱式爐易于獲得符合技術條件要求的合格零件。

[1]謝玲珍，王忠，王孟，馮顯磊.滲碳件表面碳含量分析[J].金屬加工(熱加工)，2016(15).

[2]顏昌標. 20Cr滲碳工藝研究[J].機械工程師，2016(07).

[3]趙文軍，劉國強，王金棟，蔡紅，曹明宇.20Cr2Ni4A齒輪鋼高溫滲碳工藝[J].金屬熱處理，2015(12).

TG156.81

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1671-0711（2016）10（下）-0094-02