渗碳淬火热处理工艺.docx
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渗碳淬火热处理工艺
渗碳淬火工艺
1、钢的淬火钢的淬火与回火是热办理工艺中最重要，也是用途最广
泛的工为了除去淬火钢的剩余应力，淬火能够明显提升钢的强度和硬度。
序。
获取不一样强度，硬度和韧性配合的性能，需要配以不一样温度的回火。
所以淬火和回火又是不行切割的、密切连接在一同的两种热办理工艺。
淬火、回火作为各样机器部件及工、模具的最后热办理是给予钢件最后性能的重点工序，也是钢件热办理增强的重要手段之一。
淬火的定义和目的
而后以大于临界冷却保温一准时间，把钢加热到奥氏体化温度，钢件淬火后获取马氏体或这类热办理操作称为淬火。
速度进行冷却，20CrNiMo资料淬火、回火工艺。
下贝氏体组织。
图4为渗碳齿轮2
温830℃
度
℃油
冷200℃
8空冷
时间h
资料淬火、回火工艺Mo渗碳齿轮20CrNi图42淬火的目的一般有：
提升工具、渗碳工件和其余高强度耐磨机器部件等的强度、硬
度和耐磨性。
比如高速工具钢经过淬火回火后，硬度可达63HRC，
且拥有优秀的红硬性。
渗碳工件经过淬火回火后，硬度可达
58~63HRC。
构造钢经过淬火和高温回火（又称调质）以后获取优秀综协力
学性能。
比如汽车半轴经淬火和高温回火（280~320HB）及外圆中频
淬火后，不单提升了花键耐磨性，并且使汽车半轴蒙受扭转、曲折和
冲击载荷能力（特别是疲惫强度和韧性）大为提升。
淬火时，最常用的冷却介质是水、盐水、碱水和油等。
往常碳素钢用
水冷却，水价廉易得，合金钢用油来冷却，但对要求高硬度的轧辊采
用盐水或碱水冷却，辊面经淬火后硬度高而均匀，但对操作要求特别
严格，不然简单产生开裂。
钢的淬透性
2.2.1淬透性的基本观点
所谓钢材的淬透性是指钢在淬火时获取淬硬层深度大小的能力（即钢
材淬透能力），其大小用钢在必定条件下（顶端淬火法）淬火获取的
有效淬硬层深度来表示，淬透性是每种钢材所固有的属性，淬硬层愈
深，就表示钢的淬透性愈好,比如45、40Cr、42CrMo钢三种试样，
按同样条件淬火后（油冷却），经检测45钢能被淬透的最大直径（称
临界直径）φ10mm；40Cr钢能被淬透的最大直径φ22mm;
1
42CrMo钢能被淬透的最大直径φ40mm。
实质工件的有效淬硬深度与钢的淬透性、工件尺寸及淬火介质的冷却
能力等很多要素有关，比如，同一钢种在同样介质中淬火，小件比大
件的淬硬层深；同一钢种同样尺寸时，水淬比油淬的淬硬层深。
同一种钢，其成分和冶炼质量必定在必定范围内颠簸，因此有关手册
上所供给的某钢号的淬透性曲线常常不是一条线，而是一个范围，称
淬透性带。
图5为40Cr钢的淬透性带。
图540Cr钢的淬透性带
钢的淬透性值可用J（HRC/d）表示，此中J表示尾端淬透性，d表
示至水冷端的距离，HRC为该处测得的硬度值。
比如淬透性值（J42/5）
表示距水冷端5mm处试样硬度值为42HRC；淬透性值J（30~35/10）
表示距水冷端10mm处试样硬度值为30~35HRC。
对淬透性值有详细
要求的钢应依据GB/T5216-2004《保证淬透性构造钢》标准的规定订
货，其钢号最后用H表示，比如42CrMoH。
2、钢的回火
2.1回火的定义和目的
钢淬火后一定经过回火，回火是指将淬火钢加热到Ac（钢件加1热时的临界点）以下的某一温度，经过保温，而后以必定的冷却方法冷至室温的热办理工艺，见图4。
回火的目的：
2.1.1降低脆性，减少或除去内应力，防备工件变形或开裂。
2.1.2获取工艺所要求的力学性能。
淬火工件的硬度高且脆性大，通
过适合回火可调整硬度，获取所需要的塑性、韧性。
，它们会自觉地向稳固的均衡组织转变，进而惹起工件尺寸和形状的
改变，经过回火可使淬火马氏体和剩余奥氏体转变成较稳固组织，以
保证工件在使用过程中不发生尺寸和形状的变化。
2.1.4关于某些高淬透性的合金钢，空冷即可淬成马氏体，如采纳退
火融化，则周期很长。
此时可采纳高温回火，降低硬度，以利切削加
工。
淬火钢不经回火一般不可以直接使用，为了防止工件在搁置过程中发生
变形和开裂，淬火后应实时回火。
、回火的种类
淬火钢回火后组织性能决定于回火温度，依据回火温度范围，可将回火分为三类：
2.2.1低温回火低温回火的温度为150~250℃，回火后组织为回火马氏体，低温回火主要降低钢的淬火内应力和脆性，同时保持钢在淬火后的高硬度（一般为58~64HRC）和耐磨性，常用于办理各样工具、模具、轴承、渗碳件及经表面淬火工件。
中温回火的温度为350~500℃，回火后不单保持较高硬度（一2
般为35~45HRC）和强度，并且拥有高的弹性极限和足够的韧性。
中温回火主要用于各样弹簧的办理，还用于某些塑料模、热锻模以及要求较高强度的轴、轴套等。
2.2.3高温回火高温回火的温度为500~650℃。
高温回火后的组织
为回火索氏体，这类组织拥有优秀的综协力学性能。
二、化学热办理
工件放在必定的化学介质中加热到必定温度，使其表面与介质互相作
用，汲取此中某些化学元素的原子（或离子），并自表面向内部扩散
的过程称为化学热办理。
化学热办理包含渗碳、渗氮、碳氮共渗等。
化学热办理的结果是改变了金属表面的化学成分和性能。
比如低碳钢
经过表面渗碳淬火后，该钢种的工件表面就拥有了一般高碳钢淬火后
的高硬度、高耐磨的性能特点，而心部仍保存低碳钢淬火后优秀的塑
性、韧性的特点。
明显这是单调的低碳钢或高碳钢所不可以达到的。
1、钢的渗碳
1.1钢的渗碳基来源理随和体渗碳工艺
在渗碳温度下（920℃）渗碳过程包含三个基本过程：
一是由介质（甲醇、煤油、异丙醇）分解出活性原子。
如分解产生的
一氧化碳和甲烷分解出活性碳原子：
2CO
——
CO+[C]
2
CH
——
2H+[C]
24二是
活性碳原子被工件表面汲取。
三是被汲取碳原子向工件内部扩散。
渗碳过程由分解、汲取、扩散三过程构成，三个过程又是同时发生的，所有过程存在着复杂物理化学反响。
气体渗碳法是将工件放入密封
的渗碳炉内，图8为气体渗碳法示
企图，使工件在920℃高温的渗碳
氛围中进行渗碳。
通入的有机物液
体（甲醇、煤油、异丙醇）在高温
下分解，产生活性碳原子，并被加
热到奥氏体状态的工件表面汲取，
尔后向钢内部扩散。
渗碳时最主要
的工艺参数是加热温度和保温时间。
加热温度愈高，渗碳速度就愈快，
且扩散层的厚度也愈深。
气体渗碳法表示图图8
温920℃
度
℃渗碳830-850℃
排气强渗扩散淬火
时间（h）
3
图9气体渗碳典型工艺
图9为气体渗碳典型工艺，从工艺中明显可见渗碳剂分解（含排气）、
强渗（汲取）、扩散和炉冷到850℃直接油冷淬火的全过程。
1.2渗碳件质量要求
对渗碳件质量要求在国标GB/T8539-2000中已有明确规定，这里对几
个主要方面再说明一下。
1.2.1表面硬度和心部硬度
齿表面硬度是指成品齿轮工作齿高中间部位齿面硬度，对锥齿轮
指齿顶部表面硬度。
轮齿的心部硬度是指齿宽中部齿根
o切线的法向上，深度为530倍硬化层深，但许多于1倍模数。
这是一个介绍丈量部位，为了便于可操作性，可按技
术条件或供需两方协议的齿心部硬度表示图
图10
检查方法进行检查。
一般检测齿宽中部法截面上，在轮齿的中心线与
齿根圆订交处的硬度，见图10表示图。
表面硬度和心部硬度是工件耐磨性能的重要指标，也是资料抗接触疲
劳和曲折疲惫的一个特征。
经渗碳淬火后表面硬度应达到58~64HRC
（大截面齿轮和齿轮轴一般56~62HRC），心部硬度依据不一样质量要
求按规定控制，一般在25~42HRC，MQ级齿轮要求25HRC以上，
ME级齿轮要求35HRC以上。
硬度一般采纳里氏硬度计或洛氏硬度
计作为检测工具。
1.2.2渗碳层表面碳浓度和碳浓度梯度
渗碳部件表面碳浓度要求控制在0.75~0.95%为宜，过低会使耐磨
性降落，过高时脆性增大，强度不可以知足要求。
碳浓度梯度反应了碳浓度沿渗层降落的指标，它间接地反应了渗层的
硬度梯度。
碳浓度降落得越安稳越好，以保证渗层与基体坚固联合，
防止在使用过程中产生剥落现象。
图11为同样渗碳层总深度（3
mm）三种碳浓度梯度情况。
图11同样渗碳层总深度（3mm）三
种碳浓度梯度
a）好b）不好c）不好
1.2.3有效硬化层深度（渗碳层深度）
有效硬化层深度取决于部件的工作条件和心部强度，是确立部件承载
能力的重要参数。
当前对有效硬化层深度我厂技术设计部介绍采纳
GC/SY01-10《渗碳淬火齿轮有效硬化层深度技术规范》的标准。
有
效硬化层深度是指部件渗碳淬火后，从部件表面到维氏硬度值为
550HV处的垂直距离。
测定硬度所采纳的试验力为（1kgf）。
1、部件渗碳后的热办理
工件渗碳的目的在于使表面获取高的硬度和耐磨性，所以渗碳后4
的工件，一定经过热办理使表面获取马氏体组织，渗碳后的热办理方法有三种：
直接淬火法是将工件自渗碳温度炉冷到淬火温度后立刻淬火，而后在160~190℃进行低温回火。
这类方法不需要从头加热淬火，因此减小了热办理变形，节俭了时间和降低成本，但因为渗碳温度高，渗碳加热时间长，因此奥氏体晶粒粗大，淬火后剩余奥氏体量许多，使工件性能降落，所以直接淬火法只合用于实质细晶粒钢或性能要求较低的工件。
这是一般工厂常常采纳工艺。
1.3.2一次淬火法一次淬火法是将工件自渗碳后以适合方式冷至室
温，而后再从头加热淬火并低温回火。
关于要求心部有较高强度和较
好韧性的部件，能够细化晶粒。
这是大型齿轮、齿轮轴等常常采纳方
法。
1.3.3两次淬火法两次淬火法是将工件自渗碳后冷至室温后再进行两次淬火。
第一次淬火目的是细化心部晶粒，淬火温度较高，第二次淬火目的是细化表层晶粒，淬火温度较低，这类方法适合用使用性能要求很高的工件，弊端是工艺复杂，生产周期长，工件简单变形，工厂应用较少。
关于部件有不一样意渗碳硬化部位应在设计图样上注明，该部位可采纳防渗涂料进行保护。
近几年来，我厂为适应宝钢入口设施齿轮箱的国产化要求，对热办理
进行了相应技术改造，添置拥有国内外先进水平的计算机过程控制的
大型渗碳炉，由工业计算机、入口智能控温仪、入口智能碳控仪、氧
探优等构成，炉温控制精度≤±3℃，炉温采纳炉内主控，炉外辅控；
碳浓度控制精度≤±％；渗碳层深度误差≤10％；渗碳硬化层深
度范围1~6mm。
进而对炉内碳浓度、炉温、渗碳硬化层深度等实现
精准控制，保证了产品渗碳质量。
为减少盘形齿轮变形，从俄罗斯进
口了淬火压床。
当前我厂有φ3000×2000mm、φ2000×2500mm、φ
1700×2000mm、φ1200×2000mm、φ900×1200mm井式气体渗碳
炉五台。
2、我国对齿轮用钢的冶金质量查验标准和要求
齿轮钢材的冶金质量不单影响到产品的机械性能，特别是疲惫性能，
并且还影响到齿轮生产过程中的冷热加工性能及热办理工艺性能。
所
以对齿轮钢材的冶金质量有各样规定和要求，现列出部份有关标准和
要求，供有关人员查阅和使用。
一定指出，跟着对齿轮产质量量要求
不停提升和与外国厂商合作的不停增强，对钢材的冶金质量要求会越
来越高。
我国对齿轮用钢的冶金质量一般要求见表3：
表3齿轮钢材的冶金质量要求表
项目名称查验标准技术要求
5
化学成分JB/T6395-92化学成分不得超出表中数字，钢中硫、磷及剩余铜、铬、镍、钼不大％）
〈大型齿轮、件〉（热压力加工用钢的铜含量不大于0.20于下表规定，
齿圈锻和
GB/T3077-199构
金结9〈合钢〉
PCuSCrNiMo
优良钢
高级优良
钢
松散和偏
析
纯度及冶
炼
GB/T3077-1999〈合金构造钢〉
GB/T8539-2000《齿轮资料及热
办理质量查验的一般规定》
GB/T10561-2005《钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微查验法》
特级优良钢
0250
〈合金构造钢〉规定不得超出表中数字（如供方能按
GB/T3077-1999保
证低倍查验合格，可采纳超声波查验或其余无损探伤法取代低倍）
一般疏中心疏钢种
松松
锭型偏
一般点状
边沿点状
析
偏析
偏析
3优良钢≤级≤3级
3级≤
≤1级
级≤1
级高级优良钢
≤2级≤2
≤2级
不一样意有
不一样意
有
≤1级≤1
级特级优良钢
≤1级
不一样意有
不一样意
有
钢材在钢包中脱氧及精华办理，并经真空脱气，浇铸过程应有防氧化查验Ⅱ区纯度，检方法B举措，最大氧含量25ppm，按GB/T105612。
下表为夹杂物级别验面积近200mm
A（硫化物类）（氧化铝类）（硅酸盐类）D（球状氧化物类）
BC
细系粗系细系粗系细系粗系粗系细系
MQ
ME
带状组
GB/T13299-91《钢
3级齿轮渗碳钢要求不大于
织
的显微组织
5评
定方法》共
级
晶粒度
YB/T5148-1993
级《合金构造钢》要求钢的晶粒度不小于
5按GB/T3077-1999
《金属均匀晶粒
度测定法》
淬透性
GB/T5216-2004
四种方法订货。
C、D、依据用户要求，按
AB、
《保证淬透性结
构钢》
力学性
GB/T3077-1999
3规定《合金构造钢》中表查验结果应切合
GB/T3077-1999
能
《合金构造钢》
6
升级会员 