浅析模具零件的渗碳处理

2018-03-26孔龙

成功 2018年10期

关键词：渗层炉温渗碳

孔龙

重庆工贸职业技术学院重庆 408000

模具表面强化处理按其原理可分为化学热处理，表面涂覆处理和表面加工处理。渗碳是化学热处理中最常用的一种方法之一。

1 模具零件渗碳的概述

1.1 模具表面化学热处理

模具表面化学热处理是指将模具零件置于特定的活性介质中加热和保温，使一种或几种元素渗入模具零件表面，以改变表层的化学成分、组织，使表层具有与心部不同的力学性能或特殊的物理、化学性能的热处理工艺。

1.2 模具零件的渗碳

渗碳是目前模具表面热处理中应用最广的一种化学热处理方法。其工艺特点是：将低碳钢或低碳合金钢模具在增碳的活性介质（渗碳剂）中加热到850～950°C，保温一定时间，使碳原子深入表面层，随后淬火并低温回火，使模具表层与心部具有不同成分、组织和性能。

2 渗碳的类型

根据渗碳介质的物理状态不同，可将渗碳方法分为：固体渗碳、气体渗碳、真空渗碳和离子（CD）渗碳等。

2.1 固体渗碳

将工件置于填满木炭和碳酸钡的密封箱内进行，渗碳剂是木炭和碳酸钡的混合物。渗碳温度一般在900～950°C。在此高温下，木炭与空隙中的氧气反应形成CO2,CO2与C反应形成不稳定的CO,CO在工件表面分解得到活性炭原子，即可渗入工件表面而形成渗碳层。

2.2 气体渗碳

国内应用最广的气体渗碳方法是滴注式气体渗碳，其方法是将工件置于密封的加热炉中，滴入煤油、丙酮、甲苯及甲醇等有机液体，这些渗碳剂在炉中形成含有H2，CH4，CO 和少量CO2 的渗碳气氛，钢件在高温下与气体介质发生反应。

2.3 真空渗碳

将被处理的模具工件在真空中加热到奥氏体化，并在渗碳气氛中渗碳，然后扩散，淬火。

2.4 CD渗碳

CD渗碳法采用含有大量强碳化物形成元素（如Cr、Ti、Mo、V）的模具钢在渗碳气氛中加热，在碳原子自表面向内部扩散的同时渗层中沉淀出大量弥散合金碳化物，弥散碳化物含量达50%以上，呈细小均匀分布，淬火、回火后可获得很高的硬度和耐磨性。

3 模具零件渗碳工艺流程

3.1 零件验收

对于要渗碳的零件表面要干净，无油污、杂质等，否则会影响零件表面的渗碳质量。

3.2 渗前准备

加热设备到适当温度，准备好加入渗剂，检查炉子设备的密封性是否完好，对于局部渗碳的零件要加以保护措施，如涂防渗膏或镀铜。

3.3 渗碳

加入渗剂的滴数和速度要适当，并注意渗碳的三个阶段；渗碳介质分解；碳原子的吸收；碳原子的扩散；每个阶段加入量的不同。

3.4 冷却

用水或油冷却到室温，达到所要求的组织形态。

3.5 渗层检查

对于渗层检查主要用试样检查。

3.6 渗后热处理

进行再次淬火和回火。一般为最终热处理。

3.7 检验

主要以淬火后的零件硬度检验为主，也可用金相法来观察。

4 渗碳过程中重要的参数问题

4.1 渗碳保温时间和温度、渗剂的关系

零件的渗碳温度：在850～950°C，渗层深度小于1.00mm时，选用中下限温度；渗层深度大于1.00mm时，选用中上限温度。

4.2 渗碳保温时间的确定与控制

零件的渗碳保温时间主要影响渗层的深度，同时也在一定程度上影响碳浓度梯度。

4.3 工艺参数的综合选择

渗碳的四个阶段：渗碳的四个阶段：①升温阶段是工件达到渗碳温度前的一段时间，用较低的碳势。②高速渗碳阶段，在正常温度或更高温度下，用于所需碳含量的碳势，时间较长。③扩散阶段，工作降到（或维持在）正常渗碳温度，碳势降到所需表面碳含量，时间较短。④预冷阶段，使温度降到淬火温度，便于直接淬火。

5 渗碳具体操作（以气体渗碳为例）

气体渗碳操作时，首先要将炉温升高到920～940℃。并使炉温均匀，然后再装入已经准备好了的工件，随即滴入渗碳剂。滴入渗碳剂时，应该由少到多，一般刚入炉时，每分钟滴入30～40滴，随着炉温的升高和加热时间延长，滴入数也应逐渐增加。当炉温升到渗碳温度（920～940℃）时，每分钟的滴入量可增加至70～80滴，在保温过程当中，滴入量不能有太大的波动。工件渗碳以后，一般采用直接淬火。如果不能直接淬火，出炉以后应连夹具放入冷却坑中冷却。冷却坑是一个有盖铁桶，其中放入一些木炭，或倾入一些煤油，如果能通入保护气体更好。当工件冷却到200℃以下时，即可取出在空气中冷却。有时，为了加快冷却速度，可在冷却坑外通以循环冷却水。