各种渗碳方法比较
低温:5 NaCNO = 3 NaCNO + Na2CO3+ CO2+ 2N(4)
渗碳反应:Fe + 2 CO = Fe(C)+ CO2(5)
氮化反应:Fe + N = Fe(N)(6)
B、随温度增加碳浓度增加而氮浓度减少。一般液体渗碳温度较高。所以渗碳反应为主体。
C、钢箔试验:(1)能反复弯曲,碳含量0.1%左右,无渗碳能力(2)可弯曲,一定角度折断,碳含量0.3-0.5%,渗碳能力降低,需补充剂。(3)马上折断,碳含量0.5%以上,渗碳能力良好。
2、处理温度约以700℃为界,此温度以下以氮化为主,渗碳为辅,700℃以上则渗碳为主,氮化为辅。
3、滲碳劑主成分:NaCN,添加NaCl、NaCO3、BaCl2(减轻NaCN氧化、挥发、劣化,BaCl2促进渗碳)
4、处理的零件200-500℃预热处理:A:减少温度降低和热应变B:蒸发附着水分,防止爆炸。
4、去除煤烟(soot)即burnout
5、煤气调整作业(seasoning)
A、主要反应式:2CO=〔C〕+CO2(1)
CO+H2=〔C〕+H2O(2)
CH4=〔C〕+2H2(3)
B、渗碳期间的碳势控制:CH4+CO2=2CO+2H2(4)CH4+H2O=CO+3H2(5)
C、控制炉气中CO2或H2O量控制渗碳的碳势,添加CH4、C3H8、C4H10控制炉气中的CO2和H2。
气体渗碳法(gas carburizing)
1、将碳化气体(C4H10,C3H8,CH4等)和空气相混合后,通过1000~1100℃Ni触媒,使碳化氢和空气反应生成吸热型控制炉气即变成气体(ConvertedGas)。(输送气体+增碳气体)
2、将此气体送进无外气泄入的加热炉内施行渗碳。
3、变成气体组成:CO=20%、H2=40%、N2余量,内含微量CO2、H2O、CH4。
A、主要反应式:Fe+C=FeC
B、离子渗碳特点:(1)利用辉光放电加热,所以无需特别的加热装置(2)防止碳化的部位,不用做碳化防止镀覆,只要把该部位用软钢板覆盖即可(3)只要处理件被加热,电力消费少(4)为保证辉光放电,处理件装入密度有限度,比较难做大量处理。
Na2CO3+ C→2CO + Na2O(5)
C、处理温度越高,处理时间越长,渗碳层厚度越大。
液体渗碳法(liquid carburizing)
1、将钢料浸入以氰化钠(NaCN)为主成分的溶融盐浴中,NaCN分解出C和N渗入钢料表层。因为同时渗碳及氰化,亦称为渗碳氮化(Carbonitriding)。
A:主要反应式:C + CO2= 2CO(CO2少许)(1)木炭表面:C + O2= CO2(2)零件表面:yFe+2CO→yFe〔C〕+CO2(3)〔C〕稱為初生碳或活性碳(nascent Carbon)
B:固態反應甚慢。加入促進劑:BaCO3,Na2CO3,LiCO3,SrCO3可促進反應。
BaCO3+ C→2CO + BaO(4)
D、气体渗碳优点:(1)容易调节渗碳浓度(2)渗碳效果均匀(3)可直接淬火(4)利用扩散可容易调节渗碳层(5)热效率好(6)作业清洁且简单。
真空渗碳法(vaccum carburizing)
1、利用真空热处理炉,在减压状态下使用CH4、C3H8等渗碳性气体施行钢料零件的渗碳。温度约1030-1050℃
5、NaCN随溶融时间增加而劣化,添加补充剂,保持渗碳能力。(钢箔实验:淬火后做弯曲实验或化学分析)注:补充剂应提前预热。
A:主要反应式:2 NaCN + O2= 2 NaCNO(1)
NaCN + CO2= NaCNO + CO(2)
高温:4 NaCNO = 2 NaCNO + Na2CO3+ CO +2 N(3)
方法
条件
反应特性
固体渗碳法(pack carburizing)
1、A、零件裝入滲碳箱B、滲碳劑充填后加盖,粘土密封C、加熱爐加熱于850-950℃,持溫约6~24小時。D、加热完,取出滲碳箱爐木炭粉末(約90%)和促進劑(BaCO3或Na2CO3約10%)
2、真空渗碳作业可分为以下阶段:(1)预热(2)均热(3)渗碳(4)扩散(5)晶粒微细化(6)淬火加热(7)淬火
3、真空无法渗碳,需适当渗碳剂参与,渗碳剂一般为:CH4、C3H8等。
A.主要反应式如:Fe+CH4→Fe(c)+2H2
B、CH4渗碳时分解慢,不易平衡,C3H8分解太快,容易产生大量煤烟,碳势难控制,所以一般在渗碳期间先使钢料表层发生过剩渗碳,然后扩散方式把钢料表面碳量调整到所需数值。
C、真空渗碳是通过渗碳时间与扩散时间配合来控制表面碳量和渗碳深度。
D、真空渗碳优点:(1)渗碳层表面碳量和渗碳深度控制简单、准确(2)渗碳效果均匀(3)可缩短作业时间(4)渗碳后零件扔保持辉面状态
离子渗碳法(ion carburizing)
1、在真空反应炉装上处理件后,真空泵把炉内压力降到10-2-10-3torr,把Ar和CH4或C3H8通入炉内,配合处理条件降到一定压力,以炉体为阳极,处理件为阴极,两极间通数百伏特直流电发生辉光放电(glow discharge)产生高温电浆,碳离子高速冲向处理件表面,可直接将离子注入表面或发生阴极溅散形成FeN。(类似离子氮化)