固液渗碳的原理与应用

2023-06-24 理论教育版权反馈

【摘要】：固体渗碳剂主要由一定大小的固体炭粒和起催渗作用的碳酸盐组成。常用固体渗碳温度为900～930℃。图5-17固体渗碳工件装箱示意扩散速度与温度的关系表现为温度越高，扩散速度越快。液体渗碳工件在渗碳冷却或淬火后，应清除盐渍，以防止表面腐蚀。液体渗碳速度和工件表面碳含量取决于盐浴温度及盐浴的活性。液体渗碳速度较快，如20CrMnTi在920～940℃渗碳时，保温2～3h，渗层深度可达到1.0～1.5mm。

1.固体渗碳

固体渗碳法是把渗碳工件装入有固体渗剂的密封箱内(一般采用黄泥或耐火黏土密封)，在渗碳温度下加热渗碳如图5-17所示。固体渗碳剂主要由一定大小的固体炭粒和起催渗作用的碳酸盐(BaCO3、NaCO3、CaCO3等)组成。常用固体渗碳温度为900～930℃。

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图5-17　固体渗碳工件装箱示意

扩散速度与温度的关系表现为温度越高，扩散速度越快。按道理可以采取比上述更高的温度进行渗碳，但温度过高，奥氏体晶粒要发生长大，因而将降低渗碳件的力学性能。同时，渗碳温度过高，将降低加热炉及渗碳箱的寿命，也将增加工件的挠曲变形。

固体渗碳时，由于固体渗碳剂的导热系数很小，传热很慢，也由于渗碳箱尺寸往往不相同，即使尺寸相同，工件大小及装箱情况(渗碳剂的密实度，工件间的距离等)也不全相同，因而渗碳加热时间对渗层深度的影响不能完全确定。在生产中常用试棒来检查其渗碳效果。一般规定渗碳试棒直径应大于10mm，长度应大于直径。固体渗碳时，渗碳温度、渗碳时间和渗层深度间的经验数据可在有关热处理手册中查到。但这些数据只能作为制定渗碳工艺时参考，实际生产时应通过试验进行修正。在渗碳温度(930±10)℃下，渗层深度为0.8～1.5mm内，可按渗碳速度为0.10～0.15mm/h估算渗碳保温时间，并由中间试棒检查结果，决定能否出炉。出炉后随箱冷却至300℃左右开箱，然后重新加热淬火。

固体渗碳的优点是不需专用渗碳设备，适应性强，生产成本低廉；缺点是加热时间长，生产效率低，劳动条件差，渗碳质量不易控制等，渗碳后很难进行直接淬火。

2.液体渗碳

液体渗碳是在能析出活性碳原子的盐浴中进行的渗碳方法。渗碳盐浴一般由三部分组成：第一部分是加热介质，通常用NaC1和BaCl2或NaC1和KCl混合盐；第二部分是活性碳原子提供物质，常用的是剧毒的NaCN或KCN，我国有的地区采用“603”渗碳剂，其配方是粒度为100目的木炭粉，5%NaCl，10%KCl，15%NaCO3和20%(NH2)CO2，达到原料无毒，但反应产物仍有毒；第三部分是催渗剂，常用的是占盐浴总量5%～30%的碳酸盐(Na2CO3或BaCO3)。催渗剂的作用是促进盐浴渗碳反应，产生更多的活性碳原子。

过去采用氰盐作为渗碳剂的液体渗碳(也称液体氰化)，由于氰盐有剧毒，被淘汰后采用低氰盐浴渗碳和无毒液体渗碳，但其反应产物中仍含有毒的NaCN(约含0.5%)，其使用受到限制。

液体渗碳速度和工件表面碳含量取决于盐浴温度及盐浴的活性。对于渗层薄及变形要求小的工件，可采用较低的渗碳温度(如850～900℃)；渗层厚的，可采用910～940℃渗碳。渗碳保温时间由渗碳层深度决定。液体渗碳速度较快，如20CrMnTi在920～940℃渗碳时，保温2～3h，渗层深度可达到1.0～1.5mm。

由于渗碳过程中盐浴的渗碳活性逐渐降低，加之高温下挥发和工件淬火时带出部分盐使盐浴中的渗碳盐在工作过程中不断消耗，因此，在渗碳过程中应定期分析盐浴成分，补充新盐，及时捞渣，以保证盐浴的活性。液体渗碳工件在渗碳冷却或淬火后，应清除盐渍，以防止表面腐蚀。

液体渗碳的优点是加热均匀，速度快，渗速快，便于直接淬火；缺点是成本高，渗碳盐浴多数有毒，盐浴成分不易调整，碳势不易精确控制，易腐蚀零件，渗碳后工件清洗麻烦，劳动条件较差。

固液渗碳的原理与应用

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