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2025-09-29
渗碳工件渗层技术要求分析
【摘要】：渗碳工件在经淬火和回火后，其组织和性能满足技术要求的前提是必须使工件具有合适的表面碳浓度、渗层深度和碳浓度梯度。渗碳层中碳含量由表及里逐渐降低，渗碳层深度对工件的力学性能有很大影响。渗碳层深度的增加会使渗碳时间延长。同时，某些零件的最佳渗碳层深度，可通过多次试验找出规律。图5-2渗碳层深度对Cr-Mn-Mo钢冲击值影响3.渗碳层碳浓度梯度渗碳层碳含量分布图5-4是常见的三种渗碳层碳含量分布曲线。
渗碳工件在经淬火和回火后，其组织和性能满足技术要求的前提是必须使工件具有合适的表面碳浓度、渗层深度和碳浓度梯度。
1.表面碳含量
渗碳工件的表面碳含量通常控制在0.7%～1.05%以内。若含量过高，则表面形成大块或网状碳化物，造成渗层的脆性增大而易在工作中发生剥落，同时残留奥氏体量增加，降低了工件的疲劳强度；若表面碳含量过低，则会使淬火后表面硬度不足，回火得到了硬度较低的回火马氏体，达不到所要求的高硬度和高耐磨性。为了综合考虑表面碳含量对渗碳工件力学性能的影响，渗碳时将其控制在一定范围内。一般情况下低碳钢为0.9%～1.05%，镍铬钢为0.7%～0.8%，低合金钢0.8%～0.9%。
渗碳层的碳含量对疲劳强度的影响见表5-2。可以看出，疲劳强度随碳含量的增加而升高，在0.93%附近具有最大值，随后随碳含量的增加而降低。
表5-2 18CrMnMo钢渗碳层中不同碳含量对疲劳强度的影响
2.渗碳层深度
工程上的渗碳层深度指表面至规定碳含量处(一般为wC＝0.4%)的垂直距离。渗碳层中碳含量由表及里逐渐降低，渗碳层深度对工件的力学性能有很大影响。渗碳层深度的增加会使渗碳时间延长。当气氛控制不稳定时，层深的增加往往伴随着表面碳含量的增加，对表层组织和性能会产生不良影响，同时对内应力的分布也会产生不利的影响，故渗碳层深度必须选择适当。在实际生产中综合考虑各种性能，总结出渗碳层深度(渗碳层总深度)和零件的断面尺寸有一定比例关系：
式中 δ——渗碳层厚度；
R——零件半径；
m——齿轮模数。(https://www.chuimin.cn)
同时，某些零件的最佳渗碳层深度，可通过多次试验找出规律。渗碳层深度应根据工件的尺寸、工作条件和渗碳钢的化学成分决定，通常制定工艺的原则为：大工件渗碳层2～3mm，小截面及薄壁零件的渗碳层厚度小于其零件截面尺寸的20%。但对于特殊工件不受此限制，如大型滚动轴承渗碳层深度为4～10mm。渗层太薄、脆性大会引起表面压陷和剥落；渗层太厚会影响零件的抗冲击能力。图5-2为Cr-Mn-Mo钢的冲击值随渗碳层深度的增加而下降。渗层深度对疲劳性能也有影响，如图5-3所示，疲劳强度随渗层深度增加而提高，但渗层过深又会使疲劳强度下降。
图5-2 渗碳层深度对Cr-Mn-Mo钢冲击值影响
3.渗碳层碳浓度梯度
渗碳层碳含量分布图5-4是常见的三种渗碳层碳含量分布曲线。其中，曲线a碳含量分布较平缓，即碳含量梯度较小，而曲线c则较陡，碳含量梯度较大。通常希望获得曲线a所示的碳含量分布曲线，因为渗层碳含量下降得越平缓，则渗层与心部的结合越牢固，淬火后渗层的硬度梯度才不致过陡。曲线c由于渗层碳含量梯度过大，渗层与心部结合强度较低，对齿轮件易造成早期接触疲劳剥落。曲线b(因表面脱碳所致)会使表面由压应力变为拉应力，降低弯曲疲劳强度。为使渗层碳含量分布平缓，通常对过共析＋共析层厚度进行控制，如碳钢规定此层厚度不小于总层深的75%。
渗层碳含量梯度可利用剥层化学分析法测试，但此法较麻烦，通常只在新钢种或新渗碳工艺试验时使用。
图5-3 渗层深度对疲劳强度的影响
图5-4 渗碳层碳含量分布曲线
a—合理的分布曲线；b，c—不合理的分布曲线
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2025-09-29
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