锻件化学热处理质量的控制

  化学热处理是将锻件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入锻件表层，以改变其表层化学成分、组织和性能的热处理工艺。
      在整个热处理技术中，化学热处理占有相当大的比例，并且随着工业技术的不断发展，这一比例会进一步加大。锻件通过表层渗人的元素实现表面强化，在提高表面硬度、强度和耐磨性的同时，保持其心部的强韧性，使锻件具有高的综合力学性能。此外，表层渗入的元素在很大程度上可以改变表层的物理与化学性质，提高锻件的抗氧化性、耐蚀性等。因此，化学热处理是机械制造、化工、能源动力、交通运输、航空航天等许多行业中不可或缺的热处理技术。
      渗碳是将低碳钢置于具有足够碳势的介质中加热到奥氏体状态并保温，使活性碳原子渗入工件，获得高碳含量的渗层，随后淬火并低温回火的热处理工艺。所谓的碳势是指渗碳气氛与钢件表面达到动态平衡时钢的表面碳含量。
      由于气体渗碳具有碳势可控、生产率高和便于渗碳后直接淬火等优点，所以是目前生产中广泛采用的渗碳工艺。
      渗碳的目的是在保持锻件心部良好韧性的同时，表层具有高的硬度、耐磨性和疲劳强度。这样，锻件既能承受大的冲击，又能承受大的摩擦。因此，齿轮、活塞销等工件常采用渗碳处理。
      1.渗碳工艺应满足的条件
      (1)表层获得所要求的碳含量。渗碳处理后表面到心部的碳含量应分布适当，由表层的高碳逐渐过渡到基体组织的成分。通常要求表层的碳含量在0.8%-1.05% (质量分数）范围。这是因为当碳含量低于共析成分时，硬度及耐磨性不高；当碳含量高于1.05% (质量分数）时，易形成网状或大块状碳化物，表层脆性增大，导致工作过程易发生剥落，显著降低锻件的疲劳性能。
      (2)合适的渗层深度。锻件渗碳层深度的选取主要依据锻件尺寸和服役条件确定。例如，齿轮渗碳层深度常为其模数的15%-20%；轴类为其直径的5%-10%。一般渗层深度在0.5-2.5mm范围之内。但对某些特殊工件，如小型薄壁工件其渗层可为0.1-0.3mm,大型滚动轴承等可达4-10mm。
      (3)平缓的浓度梯度。较宽的过渡层使渗层与心部具有良好的结合，在工作过程中不因受重负荷而崩裂。
      (4)尽可能短的渗碳时间及稳定的渗碳质量。选用合金渗碳钢、采用催渗技术和可控气氛渗碳技术等，都能显著地缩短渗碳时间，获得高质量的渗碳层。

 

      2.气体渗碳工艺及质量控制
      气体渗碳是将工件装入密封加热炉中，加热到900-950℃,通入含碳的气体或滴入含碳液体，使锻件在这一温度下渗碳的过程。它是目前应用最广泛和成熟的渗碳方法。
      锻件在进入渗碳炉前应清除表面污垢、铁锈及油污等。可用热水清洗工件，等工件干燥后才能进入渗碳炉，不允许将水分带入渗碳炉内。若清洗仍不能保证锻件的表面质量时，可采用喷砂处理。凡工件表面不允许渗碳的部位，如螺纹、花键轴孔等应进行防渗处理。常用防渗方法为电镀铜和涂防渗涂料。前者成本较高，且在某些情况下使用受到限制，建议采用防渗涂料的方法。
      气体渗碳过程由排气、强烈渗碳、扩散及降温四个阶段组成。排气阶段采用加大渗剂流量的方法，使炉内氧化性气氛迅速减少。在仪表达到渗碳要求的温度后尚需延长30-60min,以便炉内各处温度均匀及工件透热。强烈渗碳及扩散阶段的控制取决于渗层厚度及渗层碳浓度的要求。对于可直接淬火的锻件应随炉冷到适合的淬火温度并保温15-30min,使工件内外温度均匀后出炉淬火；对于需重新加热淬火的工件，可自渗碳温度出炉后空冷或入冷却坑冷却。