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滲碳件表面碳含量如何控制? 碳含量控制方法。

滲碳件表面碳含量及其分布梯度對滲碳層的性能有重要影響。表面碳含量過高、過低或表面脫碳等都將對滲碳件表面強化效果產生不良影響。我公司生產的某種滲碳件工藝方法為滲碳→爐內風冷→機械加工→加熱淬火→清洗→回火→磨削,滲碳后重新加熱淬火過程中使工件表面發生輕微脫碳,再采用磨削的方法去除脫碳層,同時修正淬火過程中發生的畸變,可以有效提高產品尺寸精度。本文結合我公司生產實際,對滲碳件的表面碳含量分布情況進行檢測分析,確定脫碳層深度并驗證磨削加工余量的合理性。


1.試驗方案

滲碳件材質20CrMnMo,表面碳濃度要求0.75%~0.95%,滲碳有效硬化層深度1.8~2.4mm,表面硬度56~62HRC。由于滲碳件的形狀結構不便于表面碳的檢測,使用隨爐試樣進行代表性檢測。隨爐試樣規格φ25mm×50mm,材質20CrMnMo,數量6個。滲碳設備為易普森多用爐生產線TQF-27-ERM。


(1)滲碳。隨爐試棒標識1-6號,隨工件滲碳后爐內風冷,滲碳工藝曲線見圖1。


1滲碳風冷工藝曲線

(2)二次淬火。滲碳風冷后4~6號試棒隨工件重新加熱淬火,氣氛碳勢設置為0.18%,加熱至840℃±10℃保溫1h,好富頓K油淬火。


(3)試樣制備。試棒從端部線切割制取φ25mm×10mm表面碳試樣,并標記檢測面及標號1~6。


(4)表面碳檢測。①清潔表面碳試樣。②用千分尺測量試樣原始長度并記錄。③平面磨削量0.1mm,測量長度并記錄。④直讀光譜儀檢測表面碳含量并記錄。⑤每磨削0.1mm測定長度及碳含量一次。


(5)有效硬化層深度檢測。對4~6號試棒采用維氏硬度計檢測硬化層深度。


(6)滲碳件實物剖檢。對滲碳件進行實物剖檢硬化層深度及金相分析。


2.試驗結果及分析

共對6個試樣進行了8次磨削及表面碳含量的檢測。各試棒的單次磨削量、累計磨削量及相應的表面碳含量記錄見表1、表2。



根據表格數據繪制表面碳含量的分布梯度曲線,見圖2,1~3號曲線為滲碳——風冷后進行檢測得到的曲線,4~6號為滲碳→風冷→二次淬火后得到的曲線。


2 滲碳試棒表面碳含量的分布梯度曲線

4~6號試棒淬火后硬化層檢測結果為2.3~2.5mm,略高于工藝要求上限。


根據試驗數據可知1~3號試棒在滲碳風冷后表面碳含量在0.8%~0.85%之間,表面碳含量分布曲線在近表面層平緩下降,多用爐密封性能及氣氛保護效果較好;而4~6號試棒由于在二次加熱時氣氛碳勢設定比滲碳時低很多,因此表面碳含量在表層發生明顯“低頭”現象,0.1~0.15mm深度處碳含量在0.49%~0.58%。以表面碳含量0.75%為界限則試棒脫碳層深度約在0.29~0.36mm,工藝要求磨削余量在0.3~0.4mm,因此滲碳件磨削后能夠保證一定的表面硬度及耐磨性,磨削后的硬化層深度也能滿足產品的最終要求。


滲碳件磨削后的剖檢結果如表3所示。

3 滲碳件剖檢結果

材質

表面硬度

HV

硬化層深度

/mm

碳化物級別

/

殘留奧

氏體量

表面

脫碳

20CrMnMo

699

2.1

1

20%


3.結語

根據對滲碳隨爐試樣及滲碳件的檢測結果,表面碳含量的分布控制合理,滲碳淬火后磨削預留量合理,磨削后工件表面無脫碳層,既滿足了表面硬度及耐磨性能,也利于尺寸精度的提高。


摘自《金屬加工(熱加工)》雜志,版權所有


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