热加工工艺2010年第39卷第16期 材料热处理技术Material energy conservation; carbonization; dripping 收稿日期:2010-02-03 作者简介:李晓鹏(1974- ),男,陕西渭南人,讲师,硕士,研究方向为金属 热加工及机械制造;电话:029-33152054; E-mail:lxpgreat 163 Hot Working Technology2010, Vol.39,No.16 材料热处理技术Material & Heat Treatment2010年8月 渗剂滴量排气1h，结果在排气结束时炉内碳势只有 0.3%0.35%， 后来采用随炉温升高，甲醇还是原来 值，但煤油滴量逐渐加大，最后用甲醇(加2%CCl4) 220d/min，煤油220d/min排气1h，碳势达到0.8% 0.9%。在其他参数相同的情况下，加快了渗速。强 渗阶段，采用煤油-甲醇不同比例、不同滴量进行对 比，试验部分数据见表1。 由表1及随后的工艺稳定 性试验结果，得出甲醇(加2%CCl4)60d/min，煤油以 170d/min，碳势1.86%C左右的渗速较快。 对于非加工表面，锻造后因停放而有些锈蚀，用 没有再加工的链环进行试验。 开始使用上述工艺进 行试验时效果很差，需7h才能渗1mm，并且表面 很粗糙，附着一层疏松物。 后来经多次试验，最后采 用煤油180d/min，甲醇120d/min，结果达到渗1mm 需5h，而且表面无附着物，比较光亮。 考虑到强渗后表面碳浓度一般高于用户的需 求，另外也使渗层中碳浓度梯度尽量平缓，表面不沉 积碳黑5，在扩散阶段降低渗剂滴量，以减小碳势。 原则是： 其碳势上线不超过生成Fe3C的浓度，即 1.3%C， 下限不低于用户要求的表面碳浓度，取 1.15%左右(合金钢可偏低些)。 经反复试验，加工表面的渗碳工艺如图1,其碳 浓度与渗层深度关系见图2； 非加工表面渗碳工艺 见图3。 2渗碳结果分析 工件在920装炉时， 带入大量的O2、CO2及 H2O，工件表面将产生严重的氧化和脱碳。 同时，大滴 量的排气不但可以及时地去除O2、CO2及H2O， 还可 增加渗碳的有效组元CH4、CO及H2。 煤油在860 以下裂解易产生结焦4，应在860以上使用。另外， CCl4和H2是一种很好的清洁剂， 可除去工件表面 的氧化膜。并且CCl4的分解产物可对工件表面进行 弱腐蚀，造成高活性系数的表面。这种表面对加快渗 碳时的表面化学反应、提高碳传递系数是必要的6。 由于碳势、 传递系数和气氛的有效可利用碳量 是评价渗碳气氛质量优劣的三相指标。虽然CCl4供 碳能力很强，有很高的碳势，但CO和H2的存在更 能造成活性碳原子的快速传递，对渗碳的贡献最大。 对于非加工表面， 图3工艺之所以能较原工艺 渗速快且表层质量好，主要原因是：由于工件经锻 造后严重氧化且有锈蚀， 若要去除它必须加大炉内 还原洁净组元成分CCl4、CO及H2， 故必须加大煤 油-甲醇(四氯化碳)用量。由于工件有较厚的氧化 层，不利于渗碳过程中的表面化学反应及向内扩散， 炉别 渗剂滴量/(dmin-1) 渗碳层深 /mm 渗碳时间 /h 试样表面 碳黑沉积 煤油甲醇 A160018.0严重 B16016017.5无 C18012018.0较轻 D150600.73.5无 E200600.94.5较多 F1706014.0少量 表1 20钢强渗阶段煤油-甲醇比例对碳势、渗层、时间的影响 Tab.1 Influence of ratio of kerosene and alcohol on CP, thick of carbonized layer, carbonized time of 20 steel during carbonizing 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.10.30.50.70.91.11.3 渗层深度/mm wC(%) 图2碳浓度与渗层深度的关系 Fig.2 Relation between C content and thick of carbonized layer 图1加工表面零件渗碳工艺曲线 Fig.1 The curves of carbonizing process for worked surface 温度/ 时间/min 煤油170d/min 甲醇60d/min甲醇50d/min 1806090 甲醇 220d/min 煤油100d/min 煤油120d/min 860 920 煤油 220d/min 图3非加工表面零件渗碳工艺曲线 Fig.3 The curves of carbonizing process for without working surface 温度/ 时间/min 煤油180d/min 甲醇120d/min甲醇50d/min 2106090 甲醇 220d/min 煤油100d/min 煤油120d/min 煤油 220d/min 甲醇220d/min 甲醇220d/min 排气强渗扩散 860 淬火 920 甲醇220d/min 甲醇220d/min 淬火 排气强渗扩散 164 热加工工艺2010年第39卷第16期 材料热处理技术Material & Heat Treatment下半月出版 (上接第137页)变形温度较好。 (3)经360压缩变形及190T6热处理后， 抗拉强度和屈服强度分别达到351MPa和270 MPa， 硬度高达107 HB，此时伸长率和断面收缩率分别为 9.86%和11.93%。 参考文献： 1王国军变形镁合金挤压材生产技术及其产品标准J冶金 标准化与质量，2002，40(4)：50-54 2Zhang Xianhong，Ruan Xueyu，Osakada KForgeability of AZ31Bmagnesiumalloyinwarmforging JTrans. Nonferrous Met. Soc. China，2003，13(3)：632-635 3陈振华，严红革，陈吉华镁合金M北京：化学工业出版社， 2004280-360 4丁文江镁合金科学与技术M北京： 科学出版社， 2007，15 5陈 振 华变 形 镁 合 金M北 京 ： 化 学 工 业 出 版 社 ， 2005359 6张建民，张宝红，张治民挤压温度对AZ91D镁合金组织性能 的影响J热加工工艺，2010，39(1)：82-84 (上接第162页) 一定成分范围内，适当控制小岛数量及小岛尺寸，可 以得到强韧性良好配合的力学性能， 经适当温度回 火后可进一步改善钢的强韧性。 经550等温处理 后，“小岛”组织分解，得到在铁素体基体上弥散分布 有粒状碳化物的类似调质的组织， 强韧性配合得以 进一步提高3。另外延强积也是判断材料性能的一 个方面，延强积越大说明此材料的性能就越优良4。 在等温处理过程中，550时其强度和伸长率均较 高，延强积较大，所以性能较好。 3结论 (1) 20Mn2SiVB钢经不同温度等温处理后，可 以得到数量不等的无碳化物贝氏体、粒状贝氏体，铁 素体、残余奥氏体和马氏体组织。 (2) 20Mn2SiVB贝氏体钢等温转变时，以550 等温处理时的力学性能最佳。 参考文献: 1方鸿生，邓海金，白秉哲，等低碳Fe-Mn-B钢粒状贝氏体的 组织及其强韧性J机械工程材料，1981，5(2)：5-14 2刘 云 旭金 属 热 处 理M北 京 ： 机 械 工 业 出 版 社 ， 1985148-151 3束德 林金 属 力 学 性 能M北 京 ： 机 械 工 业 出 版 社 ， 200712-26 4赵宇，申峰，陈莉，等20Mn2SiVB钢的组织性能与抗震性能 研究J热加工工艺，2006，(2)：11-14 所以要想达到同样的渗碳效果， 必须要有比正常情 况高的供碳能力，因而也要加大煤油-甲醇用量。 由 于在工件表面生成碳的能力和接收碳的能力均是渗 碳初期大于后期， 所以在扩散期减少渗剂滴量对提 高渗碳也是有益的。 4使用效果及经济效益 工艺定型后， 又做了实际工艺稳定性试验，渗 1mm均需4.5h左右，稳定性、重复性良好。 新的渗 碳工艺，以75kg计算，每炉比过去节电225kWh， 仅以试验的30炉计算，就节电6750kWh，工时费 用3000元左右，还节省了大量的化工原料。 这对生 产安排、效率提高、节约能源意义重大。 5结语 对于同一渗剂，通过改变渗剂比例、滴量来加快 渗速是可行的；对于氧化层较厚的工件，加大煤油- 甲醇-四氯化碳用量有助于提高渗碳； 采用大滴量 甲醇和煤油同时排气有助于提高渗速； 扩散期减小 滴量对提高渗速也是有益的， 对渗层质量更是有好 处的。 参考文献: 1罗家农22-24渗碳介质的碳氧比对滴注式气体渗碳的影响 J热加工工艺，1987，(1)：22-24 2姜世杭，何荣，王会敏，等煤油甲醇滴注式气体渗碳工艺的 研究J山东农机，2003，(5)：12-13 3周志渊，郭生武，陈昭，等气体渗碳碳势控制技术的评述J 金属热处理，1996，(10)：4-6 4李金贵20CrMnTi渗碳和碳氮共渗后耐磨性能的研究J金 属热处理，1991，(2)：31-37 5Kolzsvavg Z表面活性对碳氮化合物的形成对性能影响J 国外金属材料，1980，(5)：32 6樊东黎，徐跃明，佟晓辉热处理工程师手册(第二版)M北 京： 机械工业出版社，2005 327 165