20Cr自行车前后轴档碳氮共渗热处理工艺研究
一 实验目的
1 初步掌握碳氮共渗工艺过程及主要工艺参数的确定
2 初步掌握碳氮共渗的操作方法及化学热处理质量检测和控制方法
二 实验
分析
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20Cr材料属于低淬透性合金钢，采用渗碳工艺时晶粒容易长大，而中温气体碳氮共渗工艺，是在工件的表面同时渗入碳和氮，由于氮的加入使γ相区扩大，A1，A3点下降因而能使钢在更低的温度下共渗，工件不易过热，便于直接淬火，淬火畸变小，热处理设备寿命延长。
其过程是将钢件放入密封炉罐内加热到820?,870? ，并向炉内滴入煤油或其它渗剂，然后加入共渗剂。共渗剂的分解，使活性的碳原子和氮原子在一定压力下被吸附在工件表面并向内扩散，从而形成一定深度的碳氮共渗层。碳氮共渗过程可分为两个阶段，第一阶段即强渗阶段，碳和氮在工件表面同时渗入;随着时间的延长，出现第二阶段，这时碳继续渗入而氮不仅不渗入工件表面，反而渗层表面部分的氮原子进入到气体介质中，表面脱氮。所以应严格控制共渗温度与共渗时间。20Cr的临界点见表1
表1 20Cr钢临界点
AC1 AC2 AR1 AR2
766 838 702 799
三 技术
要求
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硬化层深度:0.4~0.6mm
回火后表面硬度:54~58HRC
四 设备及材料
1 电阻炉
2 硬度计
3 金相显微镜
4 淬火油槽水槽
5 钳子
6 试样
五 热处理工艺参数的确定
1 预备热处理
2 碳氮共渗温度的选择
温度的升高、渗入速度显著加快。在常用的碳氮共渗温度范围内，随着温度的升高，氮的表面层浓度越来越低，而且急剧下降，而碳的含量却逐渐提高，特别是碳原子的渗入深度大大提高，但是高温下碳原子扩散加速所以碳的浓度达到一定值后又降低。
碳氮共渗温度较低时表面易形成脆性的高氮低碳化合物ε相，温度升高时可获得含氮渗碳体。另外，由于氮的作用及氮碳的共同作用，碳氮共渗后的残余奥氏体量比渗碳时多且与共渗温度有关，温度的提高残余奥氏体在渗层中的分布加深，而其数量随温度的升高先是降低而后又随温度的升高而增加。
因此，在选择碳氮共渗温度时应该遵循的原则是:
? 尽可能提高渗速;
? 尽可能使渗层中保存一定的氮量;
? 尽可能使渗层中减少化合物层的出现;
? 尽可能使渗层在淬火后残余奥氏体量调整到一定值;
? 尽可能减少零件的变形。
综合各种因素，通常碳氮共渗温度在820,870?之间。
2 碳氮共渗时间
X=k?t，其中x=0.4~0.6mm ; k=0.3;
得出t=2~4h
本次实验控制不同的共渗时间，在共渗温度一定的条件下，选定的共渗时间分别为1h,1.5h ,2h ,2.5h ,3h ,3.5h
所以，本次实验，首先选定较好的共渗时间为3h的条件下，研究不同共渗温度对其组织的影响,见表2
表2 不同共渗温度的影响
共渗时间3h
共渗温度 820 840 860 880 900
(?)
深层厚度
(mm)
然后，选定最佳的共渗温度为860?5?条件下，研究不同的共渗时间对其组织性能的影响，见表3
表3 不同共渗时间的影响
共渗温度 860?5?
共渗时
间 1 1.5 2 2.5 3 3.5
(h)
渗层厚
度
(mm)
3 共渗气氛与实验设备
共渗介质:煤油、氨气(煤油产气量0.75m3/L)
实验设备:井式炉
4 渗剂用量及换气次数
表4 气体碳氮共渗时渗碳剂及氨气用量
炉型 渗碳剂及用量 氨气用量 氨气占炉气总体积的比例
RQ3-60-9 煤油5mL/min 0.15 m3/h 40%
换气次数5~13次
5 碳氮共渗后处理
为了使工件具有较高的强度和耐磨性以及较小的变形，碳氮共渗后的工件必
须经过淬火处理，使表层得到含碳氮的马氏体，心部为低碳马氏体或以低碳马氏
体为主的组织，并通过低温回火，消除淬火应力，适当提高工件的韧性。与渗碳
相比，由于共渗温度较低，即接近工件的Ac3点温度，且保温时间不长，因此共
渗后的工件一般均采用直接淬火的方法。本实验也选用共渗后直接淬火。
同时，由于氮的渗入提高了共渗层的淬透性，所以可以采用较缓和的介质冷
却，本次实验选择空冷的方式。
碳氮共渗直接淬火后采用低温回火，本次实验选用180?，低温回火150min.
六 组织性能检测
将经不同共渗温度，共渗时间后淬火、回火的工件进行金相组织观察，并测量表层硬度，心部硬度，得出数据。
浙公网安备 33021202002483