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真空渗碳技术国内外发展现状

真空渗碳技术国内外发展现状
真空渗碳技术数十年的发展受到了热处理领域的广泛重视,取得了一系列进展。

1 国外研究现状
法国ECM公司的分级气淬(Stop GQ)技术,在180~200℃之间等温停留工件自回火,可节省回火工序;低压真空碳氮共渗,加热温度在800~900℃之间,处理后工件表面含碳量和含氮量分别约为0.6%~0.8%和0.15%~0.30%,渗层深度在0.25~0.50mm范围,所用气体为氨气和乙炔。

日本Inata采用乙炔为富化气,在汽车零部件、机械和模具等工件上实现真空高浓度渗碳,其优点主要在于在渗碳层上析出尺寸细小的球状碳化物,进而提高工件综合性能;在温度范围为1000~1050℃下对不锈钢进行真空渗碳,工件表面可获得较高的硬度从而提高其耐磨性,此外真空渗碳还用于先进材料的热处理,比如航空航天材料,要求在300~500℃或者更高温度能保持其力学性能。

波兰的Piotr Kula等通过对厚度为0.45mm的工业纯铁进行低压真空碳氮共渗处理,结果表明在温度高于700℃时添加氨气导致加热室内造成碳的沉积,为达到在高温真空渗碳过程中易于控制奥氏体晶粒长大添加氨气应在550~700℃之间进行。

波兰的Emilia Wolowiec等通过对18CrNi8钢真空渗碳过程中“渗
碳/扩散”周期的数量和时间上进行优化发现在不考虑渗碳温度的情况下,两段式(1个渗碳阶段+1个扩散阶段)真空渗碳会导致真空渗碳处理过程时间增长,工艺总时间和渗碳的效率取决于在扩散阶段18CrNi8钢表面获得的瞬时最低碳浓度值。

2 国内研究现状
北京南口机车车辆机械厂樊玉福等人通过对27SiMnMoV钢制针阀体在型号为PFV500×600的真空渗碳炉经真空渗碳、气淬、冷处理和回火后进行研究,发现尽管针阀体存在近似盲孔结构但经真空渗碳处理后渗碳层性能良好且变形量较小。

北京航空材料研究院孙枫等人为解决Cr17Ni2不锈钢因存在钝化膜和渗碳温度高等难题,通过研究淬火温度不同和冰冷处理工艺不同对Cr17Ni2不锈钢真空渗碳后心部金相组织和硬度后发现表面硬度≥750HV10,渗层深度在0.5mm时为Cr17Ni2不锈钢理想的显微组织和硬度,其微观组织为弥散且尺寸较小的分布于马氏体中的碳化物和δ铁素体组成。

北京亚新科天纬油泵油嘴股份有限公司徐子健等人通过与清华大学等学者合作,研究了18Cr2Ni4W A钢在ECM公司生产的型号为ICBP-200-TG的低压真空渗碳气淬炉经两种不同真空渗碳淬火、回火和深冷热处理工艺处理后的组织与性能,发现钢的渗碳层的组织为针状马氏体、点状碳化物和表面少量的残余奥氏体组成,表面洛氏硬度达到64.2HRC,试样心部组织为低碳板条马氏体,心部的强韧性和表面的高硬度配合良好,同时发现渗碳层深度基本不受热处理工艺的影
响,均为0.86mm,但深冷处理后18Cr2Ni4W A钢的表面残余奥氏体含量较未进行深冷处理时显著降低。

南京机电液压工程研究中心徐德佳等人通过低合金超高强度钢30CrMnSiNi2A钢在型号为VUTK(Avac)-224(FV)-6bar abs的真空渗碳炉进行真空渗碳和盐浴等温淬火处理后,渗碳层组织和性能均符合要求,解决了30CrMnSiNi2A钢离合器轴的渗碳技术难题。

洛阳LYC轴承有限公司宋华华等人通过分析不同压力、渗碳温度和时间对TC11钛合金真空渗碳处理后的渗碳层深度、组织和表面硬度的影响,研究结果表明温度、时间和压力的增大可以提高钛合金的硬度和渗碳层深度,并得出了TC11钛合金在1100℃、1600Pa和60min 真空渗碳参数下表面显微硬度为470HV0.2,渗碳层深度为0.25mm。

西北有色金属研究院姬寿长等人对经预处理的TC21钛合金进行真空渗碳进行研究,结果表明TC21钛合金渗碳层不含氢的化合物,XRD检测出TiC等碳化物但氢化物出现,TC21钛合金渗碳处理后摩擦系数由0.6降为0.23,改善了其摩擦性能,同时真空渗碳也使得TC21钛合金工件之间的摩擦状态发生改变,从原来的TC21基体Ti基/Ti球之间的粘着磨损变成Ti基/TiC球之间的剥层磨损和磨粒磨损。

北京科技大学彭以超等人对工业服役6a的乙炔裂解炉管Cr35Ni45Nb合金通过真空渗碳方式模拟其加速渗碳过程进行研究,研究发现处理后形成的Cr2O3/SiO2复合氧化层具有优异的抗腐蚀能力,这种复合氧化层是阻止C渗入裂解管的有效途径,但这种抗渗碳能力会随着Cr2O3碳化为Cr3C2而逐渐减弱。

进一步试验后发现,当渗碳时间足够的长或者复合氧化层消失后,裂解管内组织出现了显著变化:M23C6原位转变成M7C3并在碳化物内部析出γ相,进而发生金属尘
化现象,造成裂解管早期失效。

上海航天设备制造总厂任伟等人通过分析真空渗碳工艺参数(渗碳温度和渗碳时间)对20CrMnTi钢表面碳浓度、显微硬度分布和渗层深度的影响,结果表明渗碳层深度和表面碳浓度随着真空渗碳温度的提升和渗碳时间的增长而增大,但是20CrMnTi钢表面硬度下降,渗碳层最高硬度处碳浓度硬度为0.78%,并且通过对比传统气氛渗碳,真空渗碳渗碳层深度更加均匀。

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