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碳氮共滲熱處理的工藝介紹

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  碳氮共滲是碳氮原子同時滲入工件表麵的一種化學熱處理工藝。早,碳氮共滲是在含氰根的鹽浴中進行的,故此又稱氰化。滲碳與滲氮相結合的的工藝,具有如下特點:
    1.氮的滲入降低了鋼的臨界點。氮是擴大γ相區的合金元素,降低了滲層的相變溫度A1與A3,碳氮共滲可以在比較低的溫度進行,溫度不易過熱,便於直接淬火,淬火變形小,熱處理設備的壽命長。
    2.氮的滲入增加了共滲層過冷奧氏體的穩定性,降低了臨界淬火速度。采用比滲碳淬火緩和的冷卻方式就足以形成馬氏體,減少了變形開裂的傾向,淬透性差的鋼製成的零件也能得到足夠的淬火硬度。
    3.碳氮同時滲入,加大了它的擴散係數。840~860℃共滲時,碳在奧氏體中的擴散速度幾乎等於或大於930℃滲碳時的擴散速度。
    共滲層比滲碳具有較高的耐磨性、耐腐蝕性和疲勞強度;比滲氮零件具有較高的抗壓強度和較低的表麵脆性。
    按使用介質不同,碳氮共滲分為固體、液體、氣體三種。固體碳氮共滲與固體滲碳相似,經常采用30~40%黃血鹽,10%碳酸銨和50~60%木炭為滲劑。這種方法的生產效率低,勞動條件差,目前很少使用。液體碳氮共滲以氰鹽為原料,曆史悠久,質量容易控製,但氰鹽有劇毒,且價格昂貴,使用受到限製。氣體碳氮共滲的發展快。
    按共滲溫度,碳氮共滲一般分為低溫(500~560℃)、中溫(780~850℃)和高溫~880~950℃)三種。前者以滲氮為主,熱處理現在已定義為氮碳共滲,後兩者以滲碳為主。習慣上所說的碳氮共滲,主要指中溫氣體氮碳共滲。
    碳氮共滲零件的機械性能同滲層表麵的碳氮濃度、滲層深度與濃度梯度有關。
   共滲層的碳氮濃度必須嚴格控製,含量過低,不能獲得高的強度、硬度與理想的殘餘應力,影響耐磨性與疲勞強度。反之,則不僅表層出現大量不均勻的塊狀碳氮化合物,脆性增加;而且會使淬火後殘餘奧氏體量劇增,影響表麵硬度和疲勞強度。
   一般推薦佳的碳、氮濃度分別為0.70~0.95%C和0.25~0.40%N。對於少數在高接觸應力下工作的合金鋼零件,當要求表麵具有較多均勻分布的碳氮化合物顆粒時,表麵含碳量可達1.20~1.50%,甚至2~3%,含氮量仍在0.50%以下。
    共滲層的深度應該與工件服役條件和鋼材成分相適應。心部的含碳量較高或工件的承載能力較低時,如紡織機鋼令圈、40Cr鋼製汽車齒輪,滲層應薄些,常在0.50mm以上。一些原來滲碳的零件改為碳氮共滲,深度要求可適當減薄。
   共滲層中的濃度梯度宜盡量平緩,以保證層深與心部良好結合,防止滲層剝落。