滲碳與滲氮一般是指鋼的表面化學(xué)熱處理

滲碳必須用低碳鋼或低碳合金鋼。可分為固體.液體.氣體滲碳三種。應(yīng)用較廣泛的氣體滲碳，加熱溫度900-950攝氏度。滲碳深度主要取決于保溫時(shí)間，一般按每小時(shí)0.2-0.25毫米估算。表面含碳量可達(dá)百分之0.85-1.05。滲碳后必須熱處理，常用淬火后低溫回火。得到表面高硬度心部高韌性的耐磨抗沖擊零件。

滲氮應(yīng)用最廣泛的氣體滲氮，加熱溫度500-600攝氏度。氮原子與鋼的表面中的鋁.鉻.鉬形成氮化物，一般深度為0.1-0.6毫米，氮化層不用淬火即可得到很高的硬度，這種性能可維持到600-650攝氏度。工件變形小，可防止水.蒸氣.堿性溶液的腐蝕。但生產(chǎn)周期長(zhǎng)，成本高，氮化層薄而脆，不宜承受集中的重載荷。主要用來(lái)處理重要和復(fù)雜的精密零件。

涂層、鍍膜、是物理的方法。“滲”是化學(xué)變化，本質(zhì)不同。

鋼的滲碳---就是將低碳鋼在富碳的介質(zhì)中加熱到高溫(一般為900--950C),使活性碳原子滲入鋼的表面,以獲得高碳的滲層組織。隨后經(jīng)淬火和低溫回火,使表面具有高的硬度、耐磨性及疲勞抗力,而心部仍保持足夠的強(qiáng)度和韌性。

滲碳鋼的化學(xué)成分特點(diǎn)
   (1)滲碳鋼的含碳量一般都在0.15--0.25％范圍內(nèi),對(duì)于重載的滲碳體,可以提高到0.25--0.30％,以使心部在淬火及低溫回火后仍具有足夠的塑性和韌性。但含碳量不能太低,否則就不能保證一定的強(qiáng)度。
 

(2)合金元素在滲碳鋼中的作用是提高淬透性,細(xì)化晶粒,強(qiáng)化固溶體,影響滲層中的含碳量、滲層厚度及組織。在滲碳鋼中通常加入的合金元素有錳、鉻、鎳、鉬、鎢、釩、硼等。

常用滲碳鋼可以分碳素滲碳鋼和合金滲碳鋼兩大類(lèi)
   (1)碳素滲碳鋼中,用得最多的是15和20鋼,它們經(jīng)滲碳和熱處理后表面硬度可達(dá)56--62HRC。但由于淬透性較低,只適用于心部強(qiáng)度要求不高、受力小、承受磨損的小型零件,如軸套、鏈條等。
 

(2)低合金滲碳鋼如20Cr、20Cr2MnVB、20Mn2TiB等,其滲透性和心部強(qiáng)度均較碳素滲碳鋼高,可用于制造一般機(jī)械中的較為重要的滲碳件,如汽車(chē)、拖拉機(jī)中的齒輪、活塞銷(xiāo)等。
 

(3)中合金滲碳鋼如20Cr2Ni4、18Cr2N4W、15Si3MoWV等,由于具有很高的淬透性和較高的強(qiáng)度及韌性,主要用以制造截面較大、承載較重、受力復(fù)雜的零件,如航空發(fā)動(dòng)機(jī)的齒輪、軸等。

固體滲碳、液體滲碳、氣體滲碳---滲碳溫度為900--950C,表面層w(碳)為0.8--1.2％,層深為0.5--2.0mm。

滲碳后的熱處理---滲碳工件實(shí)際上應(yīng)看作是由一種表面與中心含量相差懸殊碼復(fù)合材料。滲碳只能改變工件表面的含碳量,而其表面以及心部的最終強(qiáng)化則必須經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚聿拍軐?shí)現(xiàn)。滲碳后的工件均需進(jìn)行淬火和低溫回火。淬火的目的是使在表面形成高碳馬氏體或高碳馬氏體和細(xì)粒狀碳化物組織。低溫回火溫度為150--200C 。

滲碳零件注意事項(xiàng)  
   (1)滲碳前的預(yù)處理正火--目的是改善材料原始組織、減少帶狀、消除魏氏組織,使表面粗糙度變細(xì),消除材料流線(xiàn)不合理狀態(tài)。正火工藝;用860--980C空冷、179--217HBS。

(2)滲碳后需進(jìn)行機(jī)械加工的工件,硬度不應(yīng)高于30HRC。

(3)對(duì)于有薄壁溝槽的滲碳淬火零件,薄壁溝槽處不能先于滲碳之前加工。

(4)不得用鍍鋅的方法防滲碳。
   

防止?jié)B碳方法

(1)加大余量法---在不需要滲碳的部位預(yù)先留出一定的加工余量,其留量比滲碳層深度大一倍以上。滲碳后先車(chē)去滲碳層再轉(zhuǎn)淬火。

(2)鍍銅法---在不需滲碳的部位電鍍一層0.02--0.04mm的銅,銅層要致密,不得暴露原金屬。

(3)涂料法---在不需滲碳的部位涂上防滲涂料。

(4)工裝法----自制專(zhuān)用工裝,把不需滲碳的部位封閉密封。

鋼的滲氮---(強(qiáng)化滲氮;抗蝕滲氮)

使氮原子滲入鋼的表面,形成富氮硬化層的一種化學(xué)熱處理工藝。與滲碳相比，滲氮處理后零件具有:高的硬度和耐磨性,高的疲勞強(qiáng)度,較高的抗咬合性,較高的抗蝕性,滲氮過(guò)程在鋼的相變溫度以下(450-600C)進(jìn)行,因而變形小,體積稍有脹大。缺點(diǎn)是周期長(zhǎng)(一般氣體滲氮土藝的滲氮時(shí)間長(zhǎng)達(dá)數(shù)十到100h)、成本高、滲層薄(一般為0.5mm左右)而脆,不能承受太大問(wèn)接觸應(yīng)力和沖擊載荷。

滲氮用鋼---從理論上講,所有的鋼鐵材料都能滲氮。但我們只將那些適用可滲氮處理并能獲得滿(mǎn)意效果的鋼才稱(chēng)為滲氮用鋼。凡含有Cr、Mo、V、Ti、Al等元素的低、中碳合金結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、不銹鋼(不銹鋼滲氮前需去除工件表面的鈍化膜,對(duì)不銹鋼、耐熱鋼可直接用離子氮化方法處理)、球墨鑄鐵等均可進(jìn)行滲氮。

滲氮后零件雖然具有高硬度、高耐磨性和高的疲勞強(qiáng)度,但只是表面很薄的一層(鉻鉬鋁鋼于500--540C經(jīng)35--65h滲氮層深只達(dá)0.3--0.65mm) 。必須有強(qiáng)而韌的心部組織作為滲氮層的堅(jiān)實(shí)基底,才能發(fā)揮滲氮的最大作用?？偟膩?lái)看,大部分滲氮零件是在有摩擦和復(fù)雜的動(dòng)載荷條件下工作的,不論表面和心部的性能都要求很高。

如果用碳鋼進(jìn)行滲氮,形成Fe 4N和Fe 2N較不穩(wěn)定。溫度稍高,就容易聚集粗化,表面不可能得到更高的硬度,并且其心部也不能具有更高的強(qiáng)度和韌性。為了在表面得到高硬度和高耐磨性,同時(shí)獲得強(qiáng)而韌的心部組織,必須向鋼中加入一方面能與氮形成穩(wěn)定氮化物,另外還能強(qiáng)化心部的合金元素。如Al、Ti、V、W、Mo、Cr等,均能和氮形成穩(wěn)定的化合物。其中Cr、W、Mo、V還可以改善鋼的組織,提高鋼的強(qiáng)度和韌性。

目前專(zhuān)門(mén)用于滲氮的鋼種是38CrMoAlA,其中鋁與氮有極大的親和力,是形成氮化物提高滲氮層強(qiáng)度的主要合金元素。AlN很穩(wěn)定,到約1000C的溫度在鋼中不發(fā)生溶解。由于鋁的作用使鋼具有良好的滲氮性能,此鋼經(jīng)過(guò)滲氮表面硬度高達(dá)1100--1200HV(相當(dāng)67--72HRC)。38CrMoAlA鋼脫碳傾向嚴(yán)重,各道工序必須留有較大的加工余量。

對(duì)高硬度、高耐磨性要求的氮化件,不宜選用碳鋼和一般合金鋼。對(duì)以提高抗蝕性能為主的氨化件可選用碳鋼和一般合金鋼。      

滲氮零件注意事項(xiàng)

(1)滲氮前的預(yù)備熱處理調(diào)質(zhì)--滲氮工件在滲氮前應(yīng)進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理,以獲得回火索氏體組織。調(diào)質(zhì)處理回火溫度一般高于滲氮溫度。

(2)滲氮前的預(yù)備熱處理去應(yīng)力處理--滲氮前應(yīng)盡量消除機(jī)械加工過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力以穩(wěn)定零件尺寸。消除應(yīng)力的溫度均應(yīng)低于回火溫度,保溫時(shí)間比回火時(shí)間要長(zhǎng)些,再緩慢冷卻到室溫。斷面尺寸較大的零件不宜用正火。工模具鋼必須采用淬火回火,不得用退火。

(3)滲氮零件的表面粗糙度Ra應(yīng)小于1.6um,表面不得有拉毛、碰傷及生銹等缺陷。不能及 時(shí)處理的零件須涂油保護(hù),以免生銹。吊裝入爐時(shí)再用清潔汽油擦凈以保證清潔度。

(4)含有尖角和銳邊的工件,不宜進(jìn)行氮化處理。

(5)局部不氮化部位的保護(hù),不宜用留加工余量的方法。

(6)表面未經(jīng)磨削處理的工件,不得進(jìn)行氮化。

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