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真空滲碳的應用案例【案例分析】

真空滲碳的應用案例【案例分析】 

滲碳指使碳原子滲入到鋼表面層的工藝過程。經過滲碳處理后使低碳鋼的零件具有高碳鋼的表層,滲碳零件經過淬火、回火,得到高的表面硬度﹑高的耐磨性和疲勞強度﹐并保持心部有低碳鋼淬火后的強韌性和塑性﹐使工件能承受高強度和頻次的交變載荷。

滲碳包含3個基本過程:分解→吸附→擴散。按滲碳方式的不同﹐可分為氣氛滲碳、固體滲碳﹑液體滲碳﹑和真空滲碳等。

傳統氣氛滲碳目前應用最為廣泛,固體滲碳和液體滲碳受生產效率,勞作條件,環保要求等諸多因素制約在逐步被替代。作為一種目前被大量應用的滲碳方式,傳統氣氛滲碳在提高普通材質零件性能方面具有不可忽視的作用,但在實際生產過程也暴露出許多問題,如工件內氧化、尾氣排放較大、滲碳周期較長、工件易氧化和脫碳、高合金及不銹鋼等無法滲碳等。

  和傳統氣氛滲碳方式相比,真空滲碳降低了處理成本,消除了環境污染,能獲得優良的工件表面狀態和滲碳層均勻性,真空滲碳還具有淬火變形小、滲碳效率高和避免晶界氧化的優點。真空滲碳爐具有真空淬火爐所有設備優點,在工藝方面既可以真空滲碳+淬火,還能夠進行工模具淬火、退火、固溶,以及某些零件的釬焊處理,基于一臺設備即實現了熱處理工藝的多樣化生產。同時真空滲碳爐在還可以實現高合金鋼和不銹鋼滲碳,提高勞動條件和產品品質等方面也具有無可比擬的優勢。

下面我們就真空滲碳的應用舉例

我們研究了20CrMnMo材質的大直徑重載齒輪的真空滲碳工藝數據及特點,并應用于實際生產,取得了良好的效果。該齒輪已正常裝機運行數年,目前運行狀況良好。

一、低壓真空滲碳淬火零件和技術要求

材料:20CrMnMo

   圖1.大型重載齒輪實物及試樣

1.齒輪參數及真空滲碳淬火工藝要求

二、真空滲碳工藝方案及生產設

  生產設備為鄭州飛虹熱處理設備制造有限公司生產的FZSC2-300型雙室真空滲碳油淬爐,有效工作區為1500*1500*800mm)。

工藝方案如下表2

三、真空滲碳淬火模擬及實驗結果


3不同滲層真空滲碳工藝碳濃度三維模擬結果

工藝

工藝2

工藝3

不同真空滲碳淬火工藝后平面處碳化物金相組織

工藝1(75+900min)

工藝2(75+1200min)

工藝3(75+1500min)

不同真空滲碳淬火工藝后尖角處碳化物金相組織


工藝1(75+900min)

工藝2(75+1200min)

工藝3(75+1500min)


表3.齒輪低壓真空滲碳淬火工藝123試驗結果


4.齒輪低壓真空滲碳淬火工藝123試驗結果

420CrMnMo鋼低壓真空滲碳模擬結果與實際值對比

編號

工藝1

工藝2

工藝3

工藝4

表層碳濃度實際值/wt%

1.24

1.10

0.95

0.86

表層碳濃度模擬值/wt%

1.20

1.05

0.93

0.83

滲層深度實際值/mm

3.5

3.9

4.2

4.4

滲層深度模擬值/mm

3.2

3.7

4.0

4.2

四、深層真空滲碳實驗流程及結果分析 

5.低壓真空滲碳淬火工藝流程圖

過程說明:

    1650℃預熱一次:使齒輪受熱均勻,減小工件內部熱應力;

    2 滲碳結束后1barN2壓力下進行氣冷正火:由于大齒輪工件長時間滲碳晶粒長大趨勢明顯,消除滲碳層中可能存在的網狀碳化物;

 3、680℃對齒輪進行高溫回火:使滲層析出含Cr的碳化物,進一步消除滲碳層網狀碳化物,使碳化物球化和消除應力。

    4、試驗中共放置齒形隨爐試樣4個,均勻懸掛于齒頂圓圓周上,滲碳淬火結束后對4個隨爐試樣進行分析。

6 .齒輪深層真空滲碳淬火后實物與金相組織

 

 7.2齒輪深層真空滲碳淬火后顯微硬度分布

五、結果分析

        1工件試樣表面光亮,呈金屬銀白色,外觀狀態非常好。
      220CrMnMo鋼深層真空滲碳工藝,在選用合適的滲擴比時,滲碳層誤差非常小,滲層尖角處為數量較少的粒狀碳化物,不存在網狀碳化物,碳化物級別為23級。
     320CrMnMo鋼深層真空滲碳(4.4mm)表層碳濃度模擬值低于實際碳濃度值0.035%,模擬滲碳層深度值平均小于實際滲層深度0.22mm,誤差較小。
      420CrMnMo鋼大型重載齒輪在滲擴比為1:20時,經深層真空滲碳淬火處理后,表層碳濃度為0.86%,滲層深度4.4mm,碳化物別為12級。
      5、總保溫時間為28.75h時(滲碳+擴散)時,選用合適的滲擴比,總滲層及金相組織完全符合模擬數值和技術要求。


文章來源:鄭州飛虹熱處理設備制造有限公司 

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