真空滲碳的應用案例【案例分析】
滲碳指使碳原子滲入到鋼表面層的工藝過程。經過滲碳處理后使低碳鋼的零件具有高碳鋼的表層，滲碳零件經過淬火、回火，得到高的表面硬度﹑高的耐磨性和疲勞強度﹐并保持心部有低碳鋼淬火后的強韌性和塑性﹐使工件能承受高強度和頻次的交變載荷。
滲碳包含3個基本過程：分解→吸附→擴散。按滲碳方式的不同﹐可分為氣氛滲碳、固體滲碳﹑液體滲碳﹑和真空滲碳等。
傳統氣氛滲碳目前應用最為廣泛，固體滲碳和液體滲碳受生產效率，勞作條件，環保要求等諸多因素制約在逐步被替代。作為一種目前被大量應用的滲碳方式，傳統氣氛滲碳在提高普通材質零件性能方面具有不可忽視的作用，但在實際生產過程也暴露出許多問題，如工件內氧化、尾氣排放較大、滲碳周期較長、工件易氧化和脫碳、高合金及不銹鋼等無法滲碳等。
和傳統氣氛滲碳方式相比，真空滲碳降低了處理成本，消除了環境污染，能獲得優良的工件表面狀態和滲碳層均勻性，真空滲碳還具有淬火變形小、滲碳效率高和避免晶界氧化的優點。真空滲碳爐具有真空淬火爐所有設備優點，在工藝方面既可以真空滲碳+淬火，還能夠進行工模具淬火、退火、固溶，以及某些零件的釬焊處理，基于一臺設備即實現了熱處理工藝的多樣化生產。同時真空滲碳爐在還可以實現高合金鋼和不銹鋼滲碳，提高勞動條件和產品品質等方面也具有無可比擬的優勢。
我們研究了20CrMnMo材質的大直徑重載齒輪的真空滲碳工藝數據及特點，并應用于實際生產，取得了良好的效果。該齒輪已正常裝機運行數年，目前運行狀況良好。
一、低壓真空滲碳淬火零件和技術要求
材料：20CrMnMo
圖1.大型重載齒輪實物及試樣
表1.齒輪參數及真空滲碳淬火工藝要求
二、真空滲碳工藝方案及生產設備
生產設備為鄭州飛虹熱處理設備制造有限公司生產的FZSC2-300型雙室真空滲碳油淬爐，有效工作區為1500*1500*800（mm）。
工藝方案如下表2：
三、真空滲碳淬火模擬及實驗結果
圖3不同滲層真空滲碳工藝碳濃度三維模擬結果
工藝1
工藝2
工藝3
不同真空滲碳淬火工藝后平面處碳化物金相組織
工藝1(75+900min)
工藝2(75+1200min)
工藝3(75+1500min)
不同真空滲碳淬火工藝后尖角處碳化物金相組織
工藝1(75+900min)
工藝2(75+1200min)
工藝3(75+1500min)
表3.齒輪低壓真空滲碳淬火工藝1、2和3試驗結果
圖4.齒輪低壓真空滲碳淬火工藝1、2和3試驗結果
表4：20CrMnMo鋼低壓真空滲碳模擬結果與實際值對比
編號 | 工藝1 | 工藝2 | 工藝3 | 工藝4 |
表層碳濃度實際值/wt% | 1.24 | 1.10 | 0.95 | 0.86 |
表層碳濃度模擬值/wt% | 1.20 | 1.05 | 0.93 | 0.83 |
滲層深度實際值/mm | 3.5 | 3.9 | 4.2 | 4.4 |
滲層深度模擬值/mm | 3.2 | 3.7 | 4.0 | 4.2 |
四、深層真空滲碳實驗流程及結果分析
圖5.低壓真空滲碳淬火工藝流程圖
過程說明：
1、650℃預熱一次：使齒輪受熱均勻，減小工件內部熱應力；
2、 滲碳結束后1barN2壓力下進行氣冷正火：由于大齒輪工件長時間滲碳晶粒長大趨勢明顯，消除滲碳層中可能存在的網狀碳化物；
3、680℃對齒輪進行高溫回火：使滲層析出含Cr的碳化物，進一步消除滲碳層網狀碳化物，使碳化物球化和消除應力。
4、試驗中共放置齒形隨爐試樣4個，均勻懸掛于齒頂圓圓周上，滲碳淬火結束后對4個隨爐試樣進行分析。
圖6 .齒輪深層真空滲碳淬火后實物與金相組織
圖7.2齒輪深層真空滲碳淬火后顯微硬度分布
五、結果分析
文章來源：鄭州飛虹熱處理設備制造有限公司
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