1、钢的渗碳和碳氮共渗淬火回火工艺钢的渗碳和碳氮共渗、淬火、回火工艺 1、主题内容和适用范围 本工艺规定了渗碳钢的气体渗碳氮共渗淬火回火处理的工序 准备、工艺规范、操作规程、质量检验和安全环保等方面要求。2、引用标准JB399985 钢的渗碳和碳氮共渗淬火回火处理GB8583987 齿轮材料及热处理质量检验一般规定ZBJ1702288 齿轮碳氮共渗工艺及质量控制ZBT0400188 汽车渗碳齿轮金相检验JB/ZQ403888 重载齿轮渗碳质量检验GB945088 钢件渗碳淬火有效硬化层深度的测定和校核GB157351995 金属热处理生产过程安全卫生要求3、工艺准备3.1 工件准备3.1.1 对照
2、图纸了解被处理工件的材料牌号（或化学成份），予处理情况和质量要求，磨削留量，必要时检查齿轮（轴齿轮）的加工精度。3.1.2工件表面不得有氧化皮、碰伤和裂纹，用清洗剂洗净油污后烘干。3.1.3 工件表面不需要渗碳或碳氮共渗的部位，又无留余量，没安排剥碳层的加工工序，就要用防渗涂料保护，防渗涂料的厚度应大于0.3mm，涂层应致密，防渗涂料应符合ZB451014的规定。3.2 工装准备3.3 开炉准备选用的工装应具有足够的热处理强度和刚度。3.3.1检查热处理设备的机械和电气部分是否正常，炉子是否漏气。检查炉子需润滑油的部位，使其不断润滑。3.3.2检查测温仪表，热电隅是否正常，要定期进行校验。3.
3、3.3定期清理气体渗碳炉炉罐中的碳黑和灰烬。3.4工件的表卡和试样3.4.1 根据工件的形状和要求，选用适当的吊具和夹具。3.4.2 工件间要有510mm的间隙。3.4.3 应随炉放置与装炉工件材质和予处理相同和符合GB853987“齿轮材料及热处理质量检验的一般规定”规定的样式，并放置在有代表性的位置，以备炉前操作抽样检查。4、渗碳和碳氮共渗淬火回火处理的工艺规范和操作规程4.1渗碳、碳氮共渗处理4.1.1 装炉4.1.1.1工件装炉前应把炉温升到渗碳或共渗温度，连续生产时可干上一炉出炉后立即装炉。4.1.1.2 工件应装在炉子的有效加热区内，加热区的炉温不得超过15。4.1.1.3 每炉装
4、载量不大于设备的装载量。4.1.2 气体渗碳工艺规范和操作规程4.1.2.1 气体渗碳工艺规范参照图1，低碳合金渗碳钢的渗碳温度取上限。4.1.2.2 排气期排气期的渗剂滴入量，参照表1，炉子到温后的排气时间的长短取决于排气程度，应取气进行分析，当CO2和O2的含量低于0.5%时，即可关闭试样孔，转入强渗期。无气体分析仪时，可观察废气火苗的颜色和状态，当火苗呈杏黄色，上升无力时，排气基本结束。一般地排气时间为11.5小时。点燃排出的废气设 备规 格型 号排 气 期扩散期降温期炉温850到温后煤油+异丙醇甲醇煤油+异丙醇甲醇煤油+异丙醇甲 醇甲 醇煤油异丙醇煤油异丙醇10610571012910
5、46455634 滴/min100801005070100120 90100 4050 405050603040注：a.当炉温850随着炉温的提高，提高煤油+异丙醇的滴量，降低甲醇的滴量。b.煤油和异丙醇的比例1：3。4.1.2.3 强渗期，关闭试样孔，点燃排出的废气。检查炉盖及通风机轴处是否漏气。调整煤油、异丙醇的滴入量，滴量多少取决于设备大小，装炉工件表面积的大小及炉子密封的情况，表1的滴量供选择时参考。强渗期炉气成份应控制在表2规定的范围内。有条件应采用红外线CO2碳位自控仪或露点仪控制炉气或用奥氏体分析仪对炉气进行分析，作为调正滴量的依据。强渗期的炉压控制在100300pa。废气燃烧的
6、火苗高度控制在200250的长度。根据工件有效硬化层要求和渗速经验，约达到1/22/3渗层深度时，抽验第一根试样，根据第一个试样的渗层确定第二个试样的时间，当有效硬化层深度达到或接近工件的有效硬化深度时，即可进入扩散期。4.1.2.4 扩散期：扩散期的煤油、异丙醇滴量约为强渗期的0.5倍，为了保证炉压，并同时加滴甲醇，扩散期的时间与工件要求的有效硬化层深度有关，有效硬化层深度愈深，扩散时间要求愈长一些，与工件的碳势（试样的碳势）有关，碳势高要求扩散时间长一些，还与试样渗层深度有关，为了保证工件表面0.851.0%的碳浓度和合理的过滤层，扩散时间约为13小时。4.1.2.5 降温期：抽验的第三个
7、试样，如果网状碳化物5级为作正火处理，920出炉空冷，对20CrMnMo、17Cr2Ni2Mo 、20CrNi2Mo等渗碳钢，当工件室冷到300400时要放到回火炉中炉冷，防止在表面和次层在空冷时产生马氏体，形成表面裂纹。对于17CrNi2Mo、20Cr2NiMo等Cr 、Ni渗碳钢即使碳化物不超级也要出炉空冷，空冷的炉温度为860880对于碳化物不超级的20CrMnTi 、20CrMnMo渗碳齿轮，随炉冷到830840，保温0.51H后直接淬火。降温期的滴量可参考表14.1.3 气体碳氮共渗工艺规范和操作规程。4.1.3.1 气体碳氮共渗操作规程可参照本标准4.1.2条。4.1.3.2 采用
8、煤油加氨氧的气体碳氮共渗工艺曲线参照图24.1.3.3 共渗过程其炉气成分应符合表2规定 表2成份COCO2O2H2ONH2 nONH2 n+2N25100.50.560900.5610全量4.2工件渗碳和碳氮共渗后的淬火、回火处理。4.2.1工件渗碳后直接淬火。对本质细晶粒钢工件渗碳后可采用直接淬火的方法，以获得所需要的表层和心部硬度以及有效硬化层深度，如20CrMo、20CrMnMo，以及含硼和稀土的合金钢渗碳件。直接淬火一般在炉中降温到830850，均温0.51H出炉后淬火工件渗碳后直接淬火另一个条件是渗层金相组织网状碳化物4级。工件要求渗层深，炉中碳势又高的情况，容易造成碳化物超级，而
9、对于模数5的20CrMnTi、20CrMnMo齿轮，渗碳深度1.21.3（含磨量）碳化物不易超级，可以直接淬火，模数大于5的齿轮视渗层的金相组织中网状碳化物的级别而定，如果网状碳化物小于4级可以直接淬火。5级以上则要高温正火，消除网状碳化物或降低网状碳化物级别。4.2.2 工件渗碳后空冷后再淬火，按方法有以下几种原因：a.工件渗碳后需要进行机械加工，如制碳层。b.容易发生过热的碳钢和非细晶粒合金钢件，以及某些不宜直接淬火的工件（如需要在压床上淬的齿轮）。c.渗层组织如出现网状碳化物超级对于a、b两种情况，炉冷到850860空冷，但对20CrMnMo渗件要求在400以下缓冷，否则易再次表层出现马
10、氏体组织形成裂纹，对于C种情况，要求在900930出炉直接空冷。4.2.3 12CrNi3、12Cr2Ni4、17CrNi2Mo、20CrNi4、20Cr2Ni4 、20Cr2Ni4MoA、 20Cr2Ni4WA等高强合金渗碳件，渗碳炉冷到920出炉空冷（用于制作大模数齿轮），400以下缓冷，并增加一次至二次650680，56H的高温回火。这种高温回火称为催化或促变处理，它不仅能改善机械加工性能，更主要它是获得良好淬火组织的条件和保证。必须严格执行。4.2.4 碳氮共渗的工件一般都从共渗温度或低于共渗温度出炉直接淬火。4.2.5 经过渗碳淬火或碳氮共渗淬的工件，通常采用18010的低温回火。4
11、.2.5.1 碳氮共渗齿轮回火的温度为18010，回火时间3H。4.2.5.2 模数13的齿轴渗碳淬火后温度200210，时间3H，模数13的齿轮渗碳淬火后的回温度22010，时间3H4.2.5.3 模数35的齿轴、齿轮渗碳淬火后进行二次回火。第一次回火温度230，时间4H；第二次齿轴的回火温度230，回火时间3H。4.2.5.4 模数6的齿轮、齿轴，渗碳后直接淬火的工件，需要进行三次回火。第一次回火温度230，回火时间3H；第二次回火，齿轴的回火温度230，时间3H，齿轮的回火温度240，时间3H；第三次回火，齿轴的回火温度220，时间3H，齿轮的回火温度240，时间3H。4.2.5.5模数
12、6的齿轮齿轴渗碳后空冷，后加热淬火。进行二次回火。第一次回火温度230，时间4H；第二次回火，齿轴的回火温度220，时间4H，齿轮的回火温度240，时间4H。4.2.5.6 前一次回火后，工件空冷到室温或50，才能进行下一次回火。4.2.5.7 工件回火必须放在回火炉的有效加热区内（渗碳淬火的齿轮部分需量出回火炉底部300）。4.3 渗碳和碳氮共渗淬火回火件的最后处理。4.3.1 清理：进行喷砂，以清除赤面的油污和氧化模。4.3.2 校直和矫正：用偏摆仪检查齿轴的变形，当超过允许变形时，应对其校直和矫正。随后进行去应力回火。条件允许（淬火工件量少时）应在淬火后马上进行校直，然后再回火。5、质量
13、检验5.1 外观：不得有裂纹和碰伤。5.2 表面硬度5.2.1 硬度检验的方法，按GB23083金属洛氏硬试验法或其它硬度试验法进行。5.2.2表面硬度的偏差范围，表面硬度不得超过表3的规定。 表3 表面硬度偏差（HRC）渗碳零件种类单 件同 批重 要 件35一 般 件475.3 硬化层深度5.3.1 有效硬化层检验方法，按GB钢的渗碳硬化层有效硬化层深度的测定和校验中的规定执行。5.3.2有效硬化层深度偏差不得超过表4规定。 表4 有效硬化层深度偏差（）硬化层深度单 件同 批2.50.10.20.30.50.20.30.40.55.4 金相组织 根据零件的要求，按有关标准进行检定。5.5 变形：零件的变形应符合技术要求。6、安全与环保6.1操作者要穿戴好必须的劳动保护用品。6.2 执行所用设备的安全操作规程。6.3 气体渗碳或碳氮共渗出炉淬火时，同时淬火的工件量大时，应先检查油温，当油温100时，应先降油温后淬火，以防止油槽着火。着火时需用灭火器，石棉被灭火，严禁用水灭火。6.4 要防止渗碳炉滴注器渗漏，以免引起炉盖着火，烧毁电机或造成渗剂失火。6.5 其它方面按GB157351995，金属热处理生产过程安全卫生要求。 编制： 审核： 批准： 2014年1月1日
