分析钢的化石
将金属或合金工件放在有效培养基中以进行加热或绝缘条件，使一个或几个元素渗透到其表面以改变其化学成分，结构和特性，称为金属的化学热处理。这种化学热处理实际上是通过金属材料表面上介质的高温裂解的化学反应，从而使元素进入金属表面以形成一个或多个合金元素的渗流层，从而可以改善该元素内部韧性的工件性能要求的硬度。
今天，我们主要分析渗碳并将其与硝化物进行比较，以促进每个人区分这两个化学热处理过程。
化学热处理概述
化学热处理技术被广泛用于现代工业，可以改善金属工件的机械性能，例如表面强度，硬度，耐磨性等，抗块状特性，抗疲劳性和特殊的腐蚀性，高温氧化耐药性以及其他物理和化学特性。 ，与此同时，工件本身应保持原始的良好塑料韧性和其他基本性能，从而在各种复杂的工作条件下提高机器零件的耐用性。
化学热处理的主要特征：
固体的扩散和渗透改变了工件及其结构的表面层的化学成分。渗流层和基板之间存在一个扩散层，以获得单个材料很难获得的性能或进一步改善工件的性能。大多数化学热处理的变形较小，精度高和工件的良好尺寸稳定性。此过程是一个复杂的物理和化学过程，其过程处理周期较长，并且对设备的要求相对较高。
化学热处理的驱动力是浓度梯度。
化学热处理形成渗透率层的结构遵循相图，其结构是连续的，属于冶金组合。
有各种化学热处理的分类方法，包括根据元素类型，浸润顺序和金属状态的分类：
渗透性的目的和范围
定义：
将钢零件加热到具有足够碳电势的培养基中的奥氏体状态，并保持热量，以使其表面层形成富含碳的层。
碳潜力：
当在一定温度下在加热炉气中加热纯铁时，表面碳含量既不达到碳含量也不会增加，也不会脱碳，并且与炉气的平衡状态。
目的：
工件表面上的渗碳培养基产生的活性碳原子被表面吸收和扩散，并渗透到低碳钢或低碳合金钢工件的表面层中，以便在时达到碳含量或略高于八次切除术组件，以便在淬灭工件并降低低温，硬度，耐磨性和疲劳强度之后工件表面得到改善，同时以一定的强度以及良好的可塑性和韧性维持核心部分。
应用程序范围：
在机器制造业中，有许多重要零件，例如汽车变速箱齿轮，活塞别针，摩擦板等。可以渗碳的钢通常是低碳钢或低碳合金钢，碳质量分数为0.12％-0.25％，例如20、20CR，等。
渗碳方法
根据不同的渗碳剂，可以将渗碳方法分为固体渗碳，液体碳化和煤气渗透。
（1）固体渗碳 - 在颗粒或糊剂中渗出。
该工件放在装有木炭（约90％）和可渗透剂（BACO3，CACO3等）（约10％）的固体渗碳盒中，如图1所示。固体渗碳是渗碳方法最古老的，并且它不适用于连续处理大量工件。工作环境很差，并且倾向于下降。但是，炉子和其他设备也相对简单，并且各种少量处理更方便，因此不会完全灭绝。 。
图1固体渗碳盒
1- 2- 3盘身体4〜6mm
铁板4木密封5测试杆ϕ10mm
6盖：铁板厚度6〜8mm
优点：易于操作；
缺点：缓慢的渗漏速度和劳动条件差
（2）液体化石---盐浴化石化
液体化精是在液体培养基中进行的化学过程。
它可以分为两类：一个是添加氰化物的盐浴，另一个是盐浴，没有添加氰化物。由于氰化物是剧毒的，因此基本上不使用它。如图2所示，不含氰化物的盐浴不含NaCl或KCl，（NH2）2CO或木粉。
图2井类型燃气炉
1-fan Motor 2-Fab燃气火焰3型盖4-Sand Seal 5抗性电线6加热箱7- 8 Body
优点：液体渗碳技术具有出色的渗透性，简单的过程，易于使用无毒的低苯乙烯剂操作，对人体的伤害不大。它可以广泛推广和应用
（3）燃气 - 含有有机碳的气氛
燃气碳化物是指煤气碳化剂中渗碳的过程。煤气碳化过程具有较高的生产率，易于控制渗碳工艺，渗碳层的高质量，易于实现机械化和自动化，并且是最广泛使用的。
优势：高质量和高效率；
缺点：渗漏层的成分和深度不容易控制
1）化学介质的分解
活性碳原子是从培养基中分解的。渗碳氛围在高温下分解活化的碳原子[C]，即：
注意：当提供的原始气体成分稳定时，只要控制大气中的痕量组件二氧化碳，H2O，CH4或O2的含量，就可以控制上述反应以达到一定的平衡点，从而实现了控制的控制气氛。碳潜力的目的。通常，在生产中，露点表用于控制H2O含量。红外仪表用于控制二氧化碳含量；并使用氧探针方法来控制O2含量。
2）吸收碳原子在工件表面吸收活化的碳原子，即活性碳原子从钢表面进入铁晶格以形成固体溶液或形成特殊的化合物。
3）碳原子的扩散在特定温度下从表面到内部吸收的碳原子，形成一定的渗透层。
1）大气碳电势
渗碳零件表面的碳含量在0.6％至1.1％之间变化。确定最佳表面碳含量的起点是首先获得最高的表面硬度。其次，使渗漏层具有最高的耐磨性和疲劳性耐药性。研究表明，最好在0.8％-1.0％的范围内确定货物的表面碳的质量分数，并且可以根据表面碳含量与碳电位之间的关系来确定碳电位。
2）渗碳温度
渗碳温度首先影响分解反应的平衡。坦率地说，如果大气中的二氧化碳含量保持不变，则温度每10°C降低每10°C，将使大气的碳潜力增加约0.08％。其次，温度还会影响碳的扩散速率。大气碳电势保持不变钢材硬度检测，温度的每100升每100升就可以增加渗碳层的深度1倍。第三，温度还会影响钢中的结构转换，温度过高会使钢谷物粗糙。生产中广泛使用的温度为900-930℃。对于薄层渗碳，可以降低到880-900℃，这主要是为了控制渗透层的深度。对于深层渗碳（大于5mm），可以将温度升高到980-1000℃，这主要是缩短渗碳。时间。
3）渗碳时间
渗碳时间主要影响渗流层的深度，并且在一定程度上也会影响浓度梯度。
D-表面深度（mm）; t - 耗时时间（h）； T-碳化温度（K）
图3燃气渗透的典型过程曲线
①在加热阶段在工件达到化石温度之前，请在一段时间内使用较低的碳潜力；
②在正常温度或高速渗碳阶段的温度下，使用高于所需的表面碳含量的碳电位更长的时间；
③工件在扩散阶段的正常化精温度下降低或维持碳电位下降到所需的表面碳含量，这是较短的；
④预冷却阶段将温度降低至淬火温度，从而有助于直接淬火。
渗碳层组成，结构和厚度
在渗入低碳钢后，表面层的碳含量可以达到富营养成分，并且从表面到内部的碳浓度逐渐降低，直到碳化钢的原始成分为止。
渗碳零件冷却后，表面结构为珠光体和二次胶结石。中心部分是铁氧体和少量的珠宝结构。两者之间存在一个过渡层，它们越靠近表面，铁氧体的越小。通常规定，从表面到过渡层的一半的厚度是渗碳层的厚度。
图4化石和冷却后低碳钢的微观结构
表1确定典型零件渗碳层厚度的方法
化石后的热处理
1。淬火
淬火是为了获得马氏体结构以获得高硬度。通常有三种方法，即先冷却直接淬火，一级加热淬火和二次加热淬火。碳化零件的淬火温度的选择应考虑到高碳渗透层和低碳核部零件的要求。原则上，甲层层的淬灭温度低于ACCM，而超脑检查层的淬火温度高于AC3。如果ACCM> AC3，很容易选择淬火温度以满足两者的要求；如果ACCM≤AC3，则很难同时考虑两者。在这种情况下，有必要根据零件的主要技术要求做出决定钢材硬度检测，是否可以淬灭钢零件的核心部分，化石后零件表面的碳含量以及使用的淬火方法。
图5化石后的热处理示意图
用于渗碳零件的常用淬灭方法：
①进行直接淬火
对于碳钢，预冷却温度应在AR1和AR3之间。对于大多数合金钢，预冷温度通常在820至850°C之间。
②一种加热和淬火
通常，合金碳化钢通常被温度略高于AC3（820〜860℃）加热和淬火。
③秒加热和淬火
第一个淬火的加热温度应高于核心的AC3温度。第二次淬火主要是为了完善表面结构，温度略高于表面。
常用的方法是慢慢冷却渗碳，并将其加热到AC1 + 30-50℃以进行淬火 +低温后脾气。
目前，组织是：
表面：M环 +颗粒状碳化物 + A'（少量）
心脏：M缩回 + F（在硬化时）
2。适中
淬灭液化剂后，仍然需要低温回火，并且回火温度通常为150-190℃。
3。冷处理效果是减少或消除残留的奥氏体，从而适当增加渗漏层的硬度。由于冷处理的高生产成本和过程增加，除特殊的渗碳零件外，通常很少在生产中使用。
质量检查渗碳零件
1）外观
工件的表面没有氧化，腐蚀，剥离，瘀伤，裂缝等。
2）硬度
淬灭和回火后，表面硬度，核心硬度和非碳化区硬度应满足技术要求。对于渗碳齿轮，JB/T7516-1994规定表面硬度基于索引圆的牙齿表面[1]，并且中心部分的硬度的检测部分是牙齿根圆与中心的交叉点齿轮齿线[2]。检查率应根据法规实施。如果硬度不合格，则应进行双重抽样。如果硬度仍然不合格，则将根据情况进行修理或报废。
3）渗碳层的深度
有四种用于检测渗碳层深度的常见方法：
①宏错误分析
用炉子渗出的样品直接淬火，然后中断并观察其断裂。裂缝上的渗碳层是白色瓷器形裂缝，无液化部分是灰色纤维骨折。可以根据从两个断裂到表面的连接的距离来测量渗碳层的深度，以确定炉子的时间。
②计量法
化石和冷却后的样品被接地，在显微镜下进行腐蚀和测量。碳钢渗透层的深度是从垂直表面到1/2过渡区[3]。渗碳层包括近距离层 +共晶层 + 1/2过渡区，并且需要超脑和共晶区。总和应占总层深度的75％以上；合金钢的渗漏深度是从表面的垂直量到核心的原始结构，包括超静脉层 +安乐死层 +过渡区，并且需要超脑检查层和共同的分析区域的总和应增加超过总层深度的50％。
③硬度测量方法
根据GB/T9450-2005进行测量。
④层间隔化学分析方法
该方法是准确且可靠的，但是采样和分析更麻烦，并且在生产中很少使用。
4）金理检查
通常，在淬灭和倒退后，根据相关行业标准进行检查。检查项目包括碳化物（尺寸，数量和分布等），马氏体针的大小以及残留的奥氏体的数量，核心中的游离铁氧体的大小和数量，等等。
5）破裂
热处理和研磨后，对具有高可靠性的齿轮进行了100％检查，并随机检查一般齿轮。检查方法包括磁性粉末缺陷检测，超声波漏检测，金理方法等。
6）失真
根据图纸的技术要求进行检查。
[1]也可以用牙齿的顶部硬度代替；对于螺旋齿轮和斜角齿轮，牙齿末端表面的硬度也可以用牙齿的硬度代替，但是应考虑牙齿表面的硬度之间的差异。对于无法用硬度计测试的齿轮，可以使用标准文件或炉子样品对其进行测试。
[2]芯样品也可以检测到芯的硬度。在渗碳层的深度外检测到其他部分的核心部分的硬度是表面的三倍。
[3]所谓的过渡区是指安乐死区域内侧和心脏外侧之间的区域。
渗透热处理的常见缺陷和原因
（i）常见缺陷
1）表面硬度相对较低
2）渗漏层不足或不平坦的深度
3）冶金组织不合格
4）氧化发生在渗碳层
5）零件变形极为差
6）心脏的硬度太高
（ii）原因
1。表面硬度相对较低
它可能是表面脱碳，非马氏体结构，或对表面马氏体回火的耐药性。
2。不足或不均匀的渗漏深度
深度不足：化学时间太短；
深度不均匀：炉气循环差或温度不均，通常与炉设计和零件的安装不足有关。
3。冶金组织不合格
没有过高的大气碳潜力；细粒钢；初级加热和淬火；冷处理；适当提高淬火温度
4。氧化在化石层中
渗碳大气中包含氧化成分，例如O2，H2O，CO2等，并且钢含有比铁比铁更高的合金元素。
5。非常变形
6。心脏的硬度太高
化石后的机械性能
（1）硬度
获得高硬度是渗透性的重要目的之一。化石和淬火后零件的表面层硬度可以达到58〜62hrc。沿渗碳层硬度的变化定律通常与碳浓度梯度的变化一致，因为马氏体的硬度主要取决于马氏体的碳含量。
（2）戴阻力
渗碳是提高耐磨性的重要手段之一。渗碳后，钢的耐磨性比普通的淬火和调速中碳钢的耐磨性高得多。
通常，当硬度增加时，耐磨性也会增加，但硬度并不是影响耐磨损性的唯一因素。理论和实践已经证明，细或加密斯坦林马氏体的表面层和均匀分布的颗粒状碳化物组织具有较高的切割耐药性和高磨损性。从提高耐磨性的角度来看，最好具有较高的碳量，但是太高会导致强度和可塑性降低。通常，碳化部零件表面的碳浓度不得超过1.05％。
（3）力量
ⅰ渗碳强度图6显示了渗透层的强度与碳组合量之间的关系。
从图可以看出，表面层应包含碳，不应超过1.1％C，而0.8-1.05％C最合适。渗碳层的结构对强度具有决定性作用。如果有太多的网状碳化物或厚的马氏体针和多余的残留奥氏体，那么渗碳层的强度将大大降低。
ⅱ随着心脏的强度的增加，整个工件的强度也会在化石后增加。影响心脏强度的主要因素是钢的坚固性。坚固性越好，在心脏中获得低碳马氏体的越容易。其次，心脏的碳含量越高，强度越高。
图6化学层强度和碳含量之间的关系
（4）可塑性
图7显示了渗碳层的可塑性（用凹痕直径表示）与碳含量之间的关系。厚度为3毫米的薄纸样品通常用于渗碳测试，它用于了解渗透层的可塑性与表面层的碳含量之间的关系。这是因为凹痕增加，这意味着渗碳层的可塑性也会增加。实验发现，增加的碳含量会降低渗碳层的可塑性，当碳含量超过1.1％时，可塑性将显着降低。
图7碳化层的可塑性与碳含量之间的关系
（5）影响韧性和骨折韧性
渗碳后，钢的冲击韧性和断裂韧性将减小，表面碳含量越高，渗流层越深，这两种特性将越多。
（6）疲劳强度
像高频诱导加热淬火一样，渗碳也可以显着增加钢的疲劳强度。这是因为在淬火过程中，高碳渗透层的马氏体转化比中心迟到，其马氏体容量比是核心的大得多，从而在表面上导致更大的残留压力应力。这种残留的压缩应力可以抵消由表面外部负荷引起的相当大的拉伸应力，从而增加疲劳强度。自然，渗流层的高强度也有助于提高疲劳强度。工件表面的压缩应力的大小受到碳化层的深度和碳浓度的影响。当渗碳层的浓度和结构完全相同时，增加渗碳层的深度将增加疲劳强度。但是，通常，增加渗透率厚度将增加表面碳浓度并使组织恶化。因此，增加渗漏的深度不一定会增加疲劳强度。
总结：
渗碳可以大大提高钢的机械性能，尤其是为了显着提高疲劳强度和耐磨性。因此，渗碳是化学热处理中最重要，最常用的有效加强方法。随着科学和技术的发展，化学过程也在不断发展。例如，为了缩短渗碳时间并升高渗碳温度，温度可以达到980-1080°C。真空炉的促进也极大地促进了真空渗透过程的发展。成功使用离子硝化物在生产中也导致了有关离子化学化的研究。为了节省能源和石油消耗，随着载气的基于氮气的气化方法也取得了长足的进步。使用微型计算机完全自动控制渗碳过程是一个重要的开发方向。
比较渗透和硝化物
氮量表的硬度和磨损耐药性高于碳缩放层的硬度和耐磨性，硬度可以达到69〜72hrc，并且在600〜650℃的高温下仍然可以保持高硬度。
氮量表具有较高的抗疲劳性和耐腐蚀性。
注射氮后不需要热处理，这可以避免变形和热处理引起的其他缺陷；氮注射温度较低。
硝化物仅适用于中碳合金钢，并且需要很长的时间才能满足所需的氮含层。
编者的提示：
