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滲碳淬火分析

   2020-09-01 互聯(lián)網(wǎng)彭杰42060
核心提示:大多數(shù)的滲碳鋼都采用低含碳量高合金材料,在齒面滲碳淬火后,心部還能保證一定良好的機(jī)械性能,大多采用
     大多數(shù)的滲碳鋼都采用低含碳量高合金材料,在齒面滲碳淬火后,心部還能保證一定良好的機(jī)械性能,大多采用的滲碳鋼種為20CrMnMo,20CrNi2Mo,17Cr2Ni2Mo,一直以來(lái)都沿用滲碳工藝采用為滲碳+一次淬火+回火。需要達(dá)到的要求為:

    1.表面高倍組織主要包括回火馬氏體和游離碳化物。允許存在可見(jiàn)的低于20%的殘余奧氏體。

    2.不允許有互相連接的完全包圍晶粒的網(wǎng)狀碳化物。

    3.在500X不應(yīng)有可見(jiàn)的完全脫碳現(xiàn)象。

    4.表面碳含量從試棒上確定,表面含碳量的理想值應(yīng)為0.7~0.9%。

    5.不允許有在500X下可見(jiàn)的微小裂紋。

    6.晶間氧化不宜超過(guò)試棒表面下的0.025mm

    7.心部高倍組織達(dá)到使齒輪能夠被適當(dāng)?shù)膴W氏體化,從而對(duì)其進(jìn)行硬化。在放大500X不允許有可見(jiàn)的塊狀鐵素體,高倍組織應(yīng)主要包括回火馬氏體。

在工藝的執(zhí)行過(guò)程中,許多廠家都會(huì)遇到這樣的情況;

    1.滲碳結(jié)束后,試塊表層有網(wǎng)狀碳化物,這是造成后期淬火裂紋及磨削裂紋的主要原因。

    2.滲碳結(jié)束后,工件表面硬度達(dá)不到理想硬度值,這種情況比較復(fù)雜,在排除設(shè)備及工藝原因的基礎(chǔ)上,多數(shù)認(rèn)為是由于工件齒面表面脫碳造成的,也有因?yàn)榧訜釡囟炔划?dāng),保溫時(shí)間不當(dāng)或是冷卻速度不夠等原因造成的(如下圖)。

    3.殘余奧氏體偏多。它的形成原因是由于第一,加熱溫度高,第二加熱時(shí)間長(zhǎng),第三,冷卻設(shè)備的限制,造成過(guò)冷度的增加。殘余奧氏體的存在是必然的,在工件完全奧氏體化后經(jīng)過(guò)淬火冷卻,一部分奧氏體是來(lái)不及轉(zhuǎn)變的,尤其是對(duì)于滲碳鋼而言,整體的奧氏體區(qū)上移(圖三),而表層高碳區(qū)奧氏體區(qū)下降,同時(shí)Mf線下降到0℃以下,所以,在沒(méi)有過(guò)冷處理的前提下,奧氏體轉(zhuǎn)變是不會(huì)完全的。

    2005年3月份,我廠的φ1.6×1.8就曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)連續(xù)4爐次工件出現(xiàn)網(wǎng)狀碳化物的現(xiàn)象,我們對(duì)此做了嚴(yán)格的分析。表面網(wǎng)狀碳化物的形成應(yīng)該是多方面的原因,第一、在高溫滲碳階段后期,也就是擴(kuò)散階段,如果碳勢(shì)偏高,表面碳含量自然會(huì)偏高,隨著奧氏體區(qū)的整體上移,表面高碳點(diǎn)已經(jīng)跨過(guò)Acm線下方,在滲碳結(jié)束的同時(shí),已經(jīng)有一部分二次滲碳體析出,沿奧氏體晶粒呈包圍網(wǎng)狀。第二、滲碳溫度過(guò)高,時(shí)間過(guò)長(zhǎng),造成晶粒迅速長(zhǎng)大,在冷卻過(guò)程中,如果速度不夠快,碳化物就必然會(huì)沿粗大晶界處析出,最終形成網(wǎng)狀(如圖一、二)。

    我們的出發(fā)點(diǎn)是解決爐體本身,首先爐內(nèi)碳勢(shì)不能過(guò)高,其次從工藝上講保證碳化物盡量不要析出。解決的方法是將爐子空爐狀態(tài)下空燒,排除爐體在長(zhǎng)時(shí)間滲碳過(guò)程中造成的積碳;用專用的十萬(wàn)分天平做鐵箔試驗(yàn),定準(zhǔn)幾個(gè)滲碳狀態(tài)碳勢(shì);以φ40mm的滲碳試棒放入吊掛孔,用圖四:500×(含碳量0.40%,硝酸酒精腐蝕)以做表面碳化物的實(shí)驗(yàn),同時(shí)做剝層實(shí)驗(yàn)。這就有效的控制了爐體本身原因所造成的表面碳化物超標(biāo)。[nextpage]

    如果爐內(nèi)碳勢(shì)正常的情況下,是否也存在形成網(wǎng)?有這種情況,層深在一定程度上決定了它的最終狀態(tài),隨著層深的增加奧氏體會(huì)逐漸長(zhǎng)大,如果滲碳結(jié)束后冷卻速度不夠快的話,碳化物會(huì)沿著粗大晶粒的晶界處形成網(wǎng)。

    這種情況可以適當(dāng)?shù)募涌炖鋮s的速度,由于快冷的作用,使這個(gè)過(guò)程成為了細(xì)化晶粒的過(guò)程,一方面碳化物析出的數(shù)量少,另一方面碳化物呈顆粒狀存在,使它形不成網(wǎng)狀,很大程度上消除了網(wǎng)碳帶來(lái)的隱患。如果爐子的冷卻能力達(dá)不到,可以采用二次淬火工藝。

 在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,我們根據(jù)自身的經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)有設(shè)備條件摸索出以下三種可行性滲碳淬火工藝:

    1.滲碳一次淬火工藝:

    一次淬火工藝如上圖所示,工件經(jīng)過(guò)滲碳后冷卻至一定溫度保溫一段時(shí)間,速度快的話,在高碳的滲碳層中只有少量的碳化物析出,降低奧氏體的含碳量,提高M(jìn)s點(diǎn),使淬火下來(lái)的殘余奧氏體量減少,提高淬火硬度。然后重新加熱淬火,加熱溫度的選擇應(yīng)兼顧表層和心部,使表層不至過(guò)熱,而心部有得到充分強(qiáng)化,提議可選擇略高于AC3的溫度(約830~860℃),如果要強(qiáng)調(diào)表層的組織和性能,則應(yīng)加熱至AC1~AC3之間進(jìn)行不完全淬火。淬火后還需低溫回火(160~200℃),以消除淬火應(yīng)力,降低脆性。

    2.滲碳直接淬火工藝:

    直接淬火工藝是將工件自滲碳溫度欲冷到淬火溫度,進(jìn)行油冷淬火,預(yù)冷到淬火溫度的同時(shí),亦可以降低淬火熱應(yīng)力,減小變形;在高碳的滲碳層中有少量的碳化物析出,降低奧氏體的含碳量,提高M(jìn)s點(diǎn),使淬火下來(lái)的殘余奧氏體量減少,提高淬火硬度。淬火后還需低溫回火(160~200℃),以消除淬火應(yīng)力,降低脆性。但容易使工件晶粒粗大,建議淺滲層使用。

    3.滲碳二次淬火工藝:

    對(duì)于性能要求很高的零件,或是由本質(zhì)粗晶粒鋼制成的零件,滲碳后應(yīng)采用二次淬火法,其工藝曲線如上圖所示,第一次淬火溫度在主部的AC3以上(約850~890℃),目的是細(xì)化心部的組織,改善心部的性能,同時(shí)可以消除表層的網(wǎng)狀碳化物;對(duì)心部的性能要求不太高時(shí),可以用正火代替第一次淬火。第二次淬火加熱至AC1+30~50℃,進(jìn)行不完全淬火,目的是細(xì)化表層組織,使表層獲得細(xì)小的隱晶馬氏體加均勻細(xì)小的顆粒狀碳化物組織,并減少殘余奧氏體量。淬火后還需低溫回火(160~200℃),以消除淬火應(yīng)力,降低脆性。

    如果經(jīng)過(guò)上面的滲碳十二次淬火后,加180℃低溫回火,金相組織出來(lái)結(jié)果表明各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到要求,其結(jié)果完全達(dá)標(biāo)。下表是我們?cè)?jīng)做過(guò)的工作令為JS0405011的滲碳淬火件經(jīng)過(guò)二次淬火所達(dá)到的組織狀態(tài),相對(duì)一次淬火和直接淬火而言,它所達(dá)到的結(jié)果更接近我們理想的結(jié)果,至于機(jī)械性能不會(huì)有太大的差異。

     以上這些工藝手段在很大程度上解決了當(dāng)前生產(chǎn)所遇到的實(shí)際問(wèn)題,尤其是對(duì)網(wǎng)狀碳化物,當(dāng)然工藝的執(zhí)行最終是為了達(dá)到工件的使用性能,不管采用那種滲碳工藝,都要依據(jù)它的實(shí)際使用情況,生產(chǎn)中出現(xiàn)的問(wèn)題也許正是工件使用中出現(xiàn)失效的根源,所以工藝的進(jìn)步是建立在工件使用條件的變化上的,正確選擇并變通工藝是工藝進(jìn)步的關(guān)鍵。


 
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