1、1真空滲碳真空滲碳2真空滲碳原理真空滲碳原理|滲碳?xì)獾姆纸?高純天然氣（CH4）或丙烷直接通入爐內(nèi)。CH4 =C+2H2-45.2kJC3H8=C2H4 + CH4 |吸收階段|擴散階段 3滲碳?xì)獾姆纸膺^程滲碳?xì)獾姆纸膺^程|甲烷的具體反應(yīng)過程：甲烷的具體反應(yīng)過程：CH4 = CH3+HCH4 +CH3 = C2H6 +HC2H6=C2H4 + H2 C2H4=C2H2 + H2 C2H2=2C + H2 |催化劑的作用：鐵和鋼的表面對甲烷分解起了良好催化劑的作用：鐵和鋼的表面對甲烷分解起了良好的催化作用。的催化作用。CH4=C + 2H2|1000以上分解較完全。以上分解較完全。4滲碳?xì)獾奈?/p>

2、階段滲碳?xì)獾奈针A段|化學(xué)反應(yīng)在表層生成滲碳體：化學(xué)反應(yīng)在表層生成滲碳體：3Fe+CH4=Fe3C+2H2薄層滲碳體分解出原子并向內(nèi)部擴散；薄層滲碳體分解出原子并向內(nèi)部擴散；|滲碳?xì)夥纸猱a(chǎn)生的活性碳原子吸附在鋼表面并融入滲碳?xì)夥纸猱a(chǎn)生的活性碳原子吸附在鋼表面并融入奧氏體內(nèi)；奧氏體內(nèi)；|化學(xué)熱處理的過程：化學(xué)熱處理的過程：表面凈化過程表面凈化過程吸附反應(yīng)過程吸附反應(yīng)過程吸收擴散形成滲層吸收擴散形成滲層5滲碳過程的擴散階段滲碳過程的擴散階段|滲碳?xì)庵械奶紳舛扰c奧滲碳?xì)庵械奶紳舛扰c奧氏體中飽和溶解度相等氏體中飽和溶解度相等，則：，則：|dT=802.6t1/2/10（6700/T）=25.4Kt1/

3、2dT總滲碳深度，總滲碳深度，mmt-滲碳時間，滲碳時間，h T-滲碳溫度，滲碳溫度， +460 K-滲碳速度系數(shù)。滲碳速度系數(shù)。|滲碳溫度提高，滲碳效滲碳溫度提高，滲碳效率大大提高。率大大提高。滲碳溫度、時間滲碳溫度、時間與總滲碳深度的關(guān)系曲線與總滲碳深度的關(guān)系曲線6真空滲碳工藝真空滲碳工藝|零件的清洗零件的清洗|零件的放置零件的放置|升溫及均熱升溫及均熱均熱目的均熱目的均熱時間的確定均熱時間的確定|滲碳期及擴散期滲碳期及擴散期7滲碳期及擴散期滲碳期及擴散期|滲碳劑|滲碳溫度|滲碳方式|滲碳?xì)獾牧髁颗c滲碳壓力|滲碳時間|滲碳期與擴散期時間的確定|脈沖滲碳方式的脈沖周期和次數(shù)的確定|滲碳后熱處

4、理8滲碳溫度的確定滲碳溫度的確定滲碳溫度的適用范圍滲碳溫度的適用范圍溫度范圍零件形狀特點滲碳層深度零件類別滲碳?xì)怏w1040較簡單，外形要求不高深凸輪、軸齒輪 CH4C3H8+N2980一般一般C3H8C3H8+N2980以下形狀復(fù)雜，變形要求嚴(yán)，滲層要求均勻較淺柴油機噴嘴等 C3H8C3H8+N29真空滲碳工藝流程真空滲碳工藝流程幾種真空滲碳工藝流程幾種真空滲碳工藝流程10時間的確定時間的確定|滲碳時間滲碳時間T|滲碳期時間滲碳期時間:Tc=T(C1-C0)/(C2-C0)2Tc 滲碳時間，滲碳時間，hC1滲碳后的表面濃度（技術(shù)要求滲碳后的表面濃度（技術(shù)要求)C2滲碳結(jié)束后表面碳濃度（滲碳溫度

5、下奧氏體最大滲碳結(jié)束后表面碳濃度（滲碳溫度下奧氏體最大碳溶解度）碳溶解度）C0原材料的含碳量原材料的含碳量11電動機齒輪的真空滲碳電動機齒輪的真空滲碳20CrMo電機齒輪的形狀電機齒輪的形狀電機齒輪在料筐的堆放方式電機齒輪在料筐的堆放方式1-料筐，料筐，2-齒輪，齒輪，3-墊圈，墊圈，4-螺母，螺母，5-螺栓螺栓12滲碳層的分布滲碳層的分布|材料：20CrMo|滲層深度：0.38mm及0.64mm|硬度583HRC|帶花鍵的內(nèi)孔要求防滲|丙烷加氮氣脈沖式滲碳，充氣至2.6610-4Pa，脈沖時間5min。13齒輪真空滲碳后的金相組織齒輪真空滲碳后的金相組織齒輪（0.38mm滲層）真空滲碳后金相

6、組織照片（400）a）齒頂處 b) 齒工作面 c）心部14齒輪真空滲碳后的金相組織齒輪真空滲碳后的金相組織齒輪（0.64mm滲層）真空滲碳后金相組織照片（400）a）齒頂處 b) 齒工作面 c）心部15電動機齒輪滲碳層金相電動機齒輪滲碳層金相滲碳后表面金相組織照片滲碳后表面金相組織照片a）真空滲碳（）真空滲碳（ 130) b) 滴注法氣體滲碳（滴注法氣體滲碳（600）16電動機齒輪滲碳層成分分析電動機齒輪滲碳層成分分析被氧化晶界處的探針分析a）O掃描分析 b) Mn掃描分析 c）Cr掃描分析17閥門電動裝置零件閥門電動裝置零件真空滲碳后的閥門電動裝置閥門電動裝置零件的真空滲碳工藝18蝸桿內(nèi)漸開

7、線花鍵孔真空滲碳蝸桿內(nèi)漸開線花鍵孔真空滲碳?xì)怏w滲碳后內(nèi)漸開線花鍵孔的金相組織（退火）25真空滲碳后內(nèi)漸開線花鍵孔的金相組織（退火）2519真空滲氮真空滲氮20概述概述|真空滲氮技術(shù)是利用真空加熱時工件表面清潔無氧化等特點，采用真空熱處理在負(fù)壓下進行滲氮；|滲氮后工件表面硬度高，脆性小，滲氮層均勻能滿足尖銳刃口刀具與冷沖模的技術(shù)要求。|真空滲氮時, 將真空爐排氣至較高真空度(110-1Pa) , 然后將真空爐內(nèi)工件升至(530 560) , 同時送入以氨氣為主的, 含有活性物質(zhì)的多種復(fù)合氣體,并對各種氣體的送入量進行精確控制, 爐壓控制在665Pa, 保溫(3 5) h 后實施爐內(nèi)惰性氣體的快速

8、冷卻。根據(jù)不同的材質(zhì), 經(jīng)此處理后可得到(20 80) m硬度為(600 1500)HV 的硬化層。21真空脈沖滲氮影響因素真空脈沖滲氮影響因素|滲氮溫度滲氮溫度：真空滲氮溫度過高，合金化合物粗大，滲：真空滲氮溫度過高，合金化合物粗大，滲氮溫度過低，滲層淺，合金化合物少，硬度低；氮溫度過低，滲層淺，合金化合物少，硬度低；|爐壓爐壓：爐壓上限越高，滲層的深度和硬度也好真空度：爐壓上限越高，滲層的深度和硬度也好真空度越高，硬度和滲層的厚度較好；越高，硬度和滲層的厚度較好；|氮化時間氮化時間：時間增加，硬度增加，且有化合物層出現(xiàn)：時間增加，硬度增加，且有化合物層出現(xiàn)硬度增加越明顯，滲層也加深。脈沖時

9、間過長，滲層硬度增加越明顯，滲層也加深。脈沖時間過長，滲層變薄，排出氣不能充分燃燒，時間過短，表面脆性大變薄，排出氣不能充分燃燒，時間過短，表面脆性大|氨氣流量氨氣流量：流量越多硬度越高，滲層加深：流量越多硬度越高，滲層加深224Cr5MnSiV1鋼熱擠壓模真空滲氮工鋼熱擠壓模真空滲氮工藝藝|真空滲氮是在低壓狀態(tài)下產(chǎn)生活性氮原子滲入并向真空滲氮是在低壓狀態(tài)下產(chǎn)生活性氮原子滲入并向鋼中擴散而實現(xiàn)硬化的鋼中擴散而實現(xiàn)硬化的“真空排氣式氮碳共滲真空排氣式氮碳共滲”處處理；理；|一般滲氮溫度為一般滲氮溫度為530560，保溫時間，保溫時間35h|低溫碳氮共滲的滲層厚度只有在開始氮化的前低溫碳氮共滲的滲

10、層厚度只有在開始氮化的前34h 內(nèi)增加顯著，而后明顯減慢。內(nèi)增加顯著，而后明顯減慢。|Q：壓鑄模具工作時：壓鑄模具工作時, 因集中性的急冷急熱因集中性的急冷急熱, 服役條服役條件過嚴(yán)件過嚴(yán), 表面易發(fā)生熱沖擊裂紋、熱粘著、熔損、浸表面易發(fā)生熱沖擊裂紋、熱粘著、熔損、浸蝕等缺陷。對壓鑄型腔模以提高抗熱沖擊性能為主蝕等缺陷。對壓鑄型腔模以提高抗熱沖擊性能為主, 以防止龜裂發(fā)生以防止龜裂發(fā)生; 對鑄芯或澆口、頂桿等以提高抗粘對鑄芯或澆口、頂桿等以提高抗粘著、熔損、浸蝕為主。著、熔損、浸蝕為主。234Cr5MnSiV1鋼真空滲氮試驗鋼真空滲氮試驗試驗材料4CrMnSiV化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）/%24真空

11、滲氮工藝流程真空滲氮工藝流程真空脈沖滲氮工藝曲線25六組試驗結(jié)果六組試驗結(jié)果4Cr5MoSiV 鋼制鋁型材熱擠壓模真空滲氮試驗結(jié)果264Cr5MnSiV1鋼真空滲氮層組織鋼真空滲氮層組織|真空滲氮層組織中均無脈狀晶組織存在。真空滲氮層組織中均無脈狀晶組織存在。|通過對氨流量及爐壓的調(diào)控，可以獲得僅有擴散層滲氮層和通過對氨流量及爐壓的調(diào)控，可以獲得僅有擴散層滲氮層和白亮化合物層白亮化合物層/ 擴散層的滲氮層兩層。擴散層的滲氮層兩層。真空滲氮層的顯微組織400 a）N2 b）N3ab白亮層27白亮化合物層的獲得及滲層厚度白亮化合物層的獲得及滲層厚度|氨流量的變化：氨流量的變化：( N1、N2、N3

12、、N6的比對）的比對）|適當(dāng)提高氨流量。可降低氨的分解率適當(dāng)提高氨流量。可降低氨的分解率, 減少工件表面減少工件表面氮氣和氫氣的吸附氮氣和氫氣的吸附, 從而增大工件表面對活性氮原子從而增大工件表面對活性氮原子的吸收的吸收,使?jié)B層的厚度和硬度得到有效提高使?jié)B層的厚度和硬度得到有效提高, |同時還通過循環(huán)交替的通入同時還通過循環(huán)交替的通入NH3和抽真空來調(diào)控爐內(nèi)和抽真空來調(diào)控爐內(nèi)的氨量的氨量, 以得到無化合物層、僅有擴散層的滲層組織以得到無化合物層、僅有擴散層的滲層組織(顯微組織圖中的顯微組織圖中的N2 ) , 隨著氨流量達到一定值時隨著氨流量達到一定值時, 工工件表面活性氮原子的濃度梯度不斷增大

13、件表面活性氮原子的濃度梯度不斷增大, 當(dāng)超過了其當(dāng)超過了其在在xFe中的溶解度后中的溶解度后, 就會在表層開始形成白亮氮就會在表層開始形成白亮氮化物層化物層(顯微組織圖中的顯微組織圖中的N3 ) 。28白亮化合物層的獲得及滲層厚度白亮化合物層的獲得及滲層厚度29滲氮層顯微硬度分布滲氮層顯微硬度分布|N3 (白亮層白亮層+擴散層）擴散層）, N4（僅有（僅有擴散層）硬度分布都較為平緩；擴散層）硬度分布都較為平緩；|N4的硬度分布比的硬度分布比N3更為平緩，這更為平緩，這與與N3的試樣表層形成白亮氮化物，的試樣表層形成白亮氮化物，造成相鄰的次表層合金元素的貧化，造成相鄰的次表層合金元素的貧化，使得

14、最外層的白亮層與次表層的硬使得最外層的白亮層與次表層的硬度梯度特別陡峭，會影響到熱擠模度梯度特別陡峭，會影響到熱擠模在熱擠壓過程中所承受的熱疲勞狀在熱擠壓過程中所承受的熱疲勞狀態(tài)，產(chǎn)生滲層剝離現(xiàn)象，降低擠壓態(tài)，產(chǎn)生滲層剝離現(xiàn)象，降低擠壓壽命。有文獻認(rèn)為，僅有擴散層而壽命。有文獻認(rèn)為，僅有擴散層而無氮化物層（白亮層）的氮化層韌無氮化物層（白亮層）的氮化層韌性最好性最好30真空滲氮層的性能真空滲氮層的性能1000次試驗后斷面裂紋的數(shù)量和長度磨損量與摩擦?xí)r間的關(guān)系31真空滲氮熱擠壓模的工作試驗真空滲氮熱擠壓模的工作試驗真空滲氮試驗?zāi)D壓通過量324Cr5MoSiV1鋼擠壓模真空滲氮結(jié)果鋼擠壓模真空滲

15、氮結(jié)果|基本上消除滲層中的脈狀晶組織，可通過改基本上消除滲層中的脈狀晶組織，可通過改變爐壓級氨流量來調(diào)控滲層組織結(jié)構(gòu)，提高變爐壓級氨流量來調(diào)控滲層組織結(jié)構(gòu)，提高滲層質(zhì)量，真空滲氮層的顯微硬度分布較平滲層質(zhì)量，真空滲氮層的顯微硬度分布較平緩，僅有擴散層的滲層硬度分布更理想；緩，僅有擴散層的滲層硬度分布更理想；|工藝設(shè)備簡單，節(jié)省主原料氨氣用量；工藝設(shè)備簡單，節(jié)省主原料氨氣用量；|真空滲氮的試驗?zāi)Ｍㄟ^考察其擠壓通過量發(fā)真空滲氮的試驗?zāi)Ｍㄟ^考察其擠壓通過量發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)?shù)臐B氮層厚度（現(xiàn)，適當(dāng)?shù)臐B氮層厚度（0.120.15），僅有），僅有擴散層的明顯優(yōu)于有白亮層擴散層的明顯優(yōu)于有白亮層+擴散層的。擴散層的

16、。33H13，3Cr2W8V模具鋼真空脈沖滲氮生產(chǎn)模具鋼真空脈沖滲氮生產(chǎn)a)H13, b)3Cr2W8V模具鋼真空滲氮層的顯微組織500ab滲氮層組織分析的結(jié)果34H13，3Cr2W8V模具鋼滲氮層顯微結(jié)構(gòu)模具鋼滲氮層顯微結(jié)構(gòu)|在真空條件下，氣體具有更多的運動機會，擴散更迅速。在真空脈沖滲氮過程中，采用脈沖送氣和抽氣方式，爐內(nèi)氨氣不斷更新，避免出現(xiàn)滯留氣體，使模具各表面經(jīng)常能與新鮮的氨氣接觸，因而可以得到均勻的滲層。|真空脈沖滲氮時，隨著爐氣壓力的降低，由于局部脫氣作用使表面化合物層內(nèi)的孔隙程度減輕或消失，因而形成致密的化合物層。35H13，3Cr2W8V模具鋼滲氮層脆性及硬度模具鋼滲氮層脆性

17、及硬度|H13，3Cr2W8V經(jīng)脈沖滲氮后的滲氮層脆性小、化合物層薄經(jīng)脈沖滲氮后的滲氮層脆性小、化合物層薄、擴散層較厚、硬度較高。、擴散層較厚、硬度較高。|爐溫升到滲氮溫度時，一部分氨分子在被模具表面吸附并發(fā)爐溫升到滲氮溫度時，一部分氨分子在被模具表面吸附并發(fā)生分解，如生分解，如2NH3=3H2+ 2N所述；隨后活性氮原子所述；隨后活性氮原子N 以間以間隙固熔體形式滲入模具表面。隙固熔體形式滲入模具表面。|在滲氮保溫時，一方面表層滲氮；另一方面氮向里層擴散，在滲氮保溫時，一方面表層滲氮；另一方面氮向里層擴散，形成一定深度的氮層。兩段滲氮的主要目的是降低滲層白亮形成一定深度的氮層。兩段滲氮的主要目的是降低滲層白亮層的厚度。層的厚度。H13，3Cr2W8V滲氮層脆性和表面硬度36模具鋼真空滲氮模具鋼真空滲氮37真空滲氮應(yīng)用真空滲氮應(yīng)用38真空滲氮新技術(shù)及其發(fā)展真空滲氮新技術(shù)及其發(fā)展|真空脈沖液體氮碳共滲真空脈沖液體氮碳共滲在真空脈沖滲氮的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的采用氨氣和無在真空脈沖滲氮的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的采用氨氣和無水乙醇，以脈沖