真空滲碳的應(yīng)用案例【案例分析】
滲碳指使碳原子滲入到鋼表面層的工藝過程。經(jīng)過滲碳處理后使低碳鋼的零件具有高碳鋼的表層，滲碳零件經(jīng)過淬火、回火，得到高的表面硬度﹑高的耐磨性和疲勞強(qiáng)度﹐并保持心部有低碳鋼淬火后的強(qiáng)韌性和塑性﹐使工件能承受高強(qiáng)度和頻次的交變載荷。
滲碳包含3個(gè)基本過程：分解→吸附→擴(kuò)散。按滲碳方式的不同﹐可分為氣氛滲碳、固體滲碳﹑液體滲碳﹑和真空滲碳等。
傳統(tǒng)氣氛滲碳目前應(yīng)用最為廣泛，固體滲碳和液體滲碳受生產(chǎn)效率，勞作條件，環(huán)保要求等諸多因素制約在逐步被替代。作為一種目前被大量應(yīng)用的滲碳方式，傳統(tǒng)氣氛滲碳在提高普通材質(zhì)零件性能方面具有不可忽視的作用，但在實(shí)際生產(chǎn)過程也暴露出許多問題，如工件內(nèi)氧化、尾氣排放較大、滲碳周期較長、工件易氧化和脫碳、高合金及不銹鋼等無法滲碳等。
和傳統(tǒng)氣氛滲碳方式相比，真空滲碳降低了處理成本，消除了環(huán)境污染，能獲得優(yōu)良的工件表面狀態(tài)和滲碳層均勻性，真空滲碳還具有淬火變形小、滲碳效率高和避免晶界氧化的優(yōu)點(diǎn)。真空滲碳爐具有真空淬火爐所有設(shè)備優(yōu)點(diǎn)，在工藝方面既可以真空滲碳+淬火，還能夠進(jìn)行工模具淬火、退火、固溶，以及某些零件的釬焊處理，基于一臺(tái)設(shè)備即實(shí)現(xiàn)了熱處理工藝的多樣化生產(chǎn)。同時(shí)真空滲碳爐在還可以實(shí)現(xiàn)高合金鋼和不銹鋼滲碳，提高勞動(dòng)條件和產(chǎn)品品質(zhì)等方面也具有無可比擬的優(yōu)勢。
我們研究了20CrMnMo材質(zhì)的大直徑重載齒輪的真空滲碳工藝數(shù)據(jù)及特點(diǎn)，并應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，取得了良好的效果。該齒輪已正常裝機(jī)運(yùn)行數(shù)年，目前運(yùn)行狀況良好。
一、低壓真空滲碳淬火零件和技術(shù)要求
材料：20CrMnMo
圖1.大型重載齒輪實(shí)物及試樣
表1.齒輪參數(shù)及真空滲碳淬火工藝要求
二、真空滲碳工藝方案及生產(chǎn)設(shè)備
生產(chǎn)設(shè)備為鄭州飛虹熱處理設(shè)備制造有限公司生產(chǎn)的FZSC2-300型雙室真空滲碳油淬爐，有效工作區(qū)為1500*1500*800（mm）。
工藝方案如下表2：
三、真空滲碳淬火模擬及實(shí)驗(yàn)結(jié)果
圖3不同滲層真空滲碳工藝碳濃度三維模擬結(jié)果
工藝1
工藝2
工藝3
不同真空滲碳淬火工藝后平面處碳化物金相組織
工藝1(75+900min)
工藝2(75+1200min)
工藝3(75+1500min)
不同真空滲碳淬火工藝后尖角處碳化物金相組織
工藝1(75+900min)
工藝2(75+1200min)
工藝3(75+1500min)
表3.齒輪低壓真空滲碳淬火工藝1、2和3試驗(yàn)結(jié)果
圖4.齒輪低壓真空滲碳淬火工藝1、2和3試驗(yàn)結(jié)果
表4：20CrMnMo鋼低壓真空滲碳模擬結(jié)果與實(shí)際值對比
編號(hào) | 工藝1 | 工藝2 | 工藝3 | 工藝4 |
表層碳濃度實(shí)際值/wt% | 1.24 | 1.10 | 0.95 | 0.86 |
表層碳濃度模擬值/wt% | 1.20 | 1.05 | 0.93 | 0.83 |
滲層深度實(shí)際值/mm | 3.5 | 3.9 | 4.2 | 4.4 |
滲層深度模擬值/mm | 3.2 | 3.7 | 4.0 | 4.2 |
四、深層真空滲碳實(shí)驗(yàn)流程及結(jié)果分析
圖5.低壓真空滲碳淬火工藝流程圖
過程說明：
1、650℃預(yù)熱一次：使齒輪受熱均勻，減小工件內(nèi)部熱應(yīng)力；
2、 滲碳結(jié)束后1barN2壓力下進(jìn)行氣冷正火：由于大齒輪工件長時(shí)間滲碳晶粒長大趨勢明顯，消除滲碳層中可能存在的網(wǎng)狀碳化物；
3、680℃對齒輪進(jìn)行高溫回火：使?jié)B層析出含Cr的碳化物，進(jìn)一步消除滲碳層網(wǎng)狀碳化物，使碳化物球化和消除應(yīng)力。
4、試驗(yàn)中共放置齒形隨爐試樣4個(gè)，均勻懸掛于齒頂圓圓周上，滲碳淬火結(jié)束后對4個(gè)隨爐試樣進(jìn)行分析。
圖6 .齒輪深層真空滲碳淬火后實(shí)物與金相組織
圖7.2齒輪深層真空滲碳淬火后顯微硬度分布
五、結(jié)果分析
文章來源：鄭州飛虹熱處理設(shè)備制造有限公司
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