滲碳的案例
【材料課堂】滲碳淬火常見缺陷與對策
滲碳件常見缺陷與對策
滲碳層出現大塊狀或網狀碳化物
缺陷產生原因：表面碳濃度過高
1．滴注式滲碳，滴量過大
2．控制氣氛滲碳，富化氣太多
3．液體滲碳，鹽浴氰根含量過高
4．滲碳層出爐空冷，冷速太慢
對策：
1．降低表面碳濃度，擴散期內減少滴量和適當提高擴散期濕度，也可適當減少滲碳期滴量
2．減少固體滲碳的催碳劑
3．減少液體滲碳的氰根含量
4．夏天室溫太高，滲后空冷件可吹風助冷
5．提高淬火加熱溫度50~80oC并適當延長保溫時間
6．兩次淬火或正火+淬火，也可正火+高溫回火，然后淬火回火
滲層出現大量殘余奧氏體
缺陷產生原因：
1．奧氏體較穩定，奧氏體中碳及合金元素的含量較高
2．回火不及時，奧氏體熱穩定化
3．回火后冷卻太慢
對策：
1．表面碳濃度不宜太高
2．降低直接淬火或重新加熱淬火溫度，控制心部鐵素體的級別≤3級
3．低溫回火后快冷
4．可以重新加熱淬火，冷處理，也可高溫回火后重新淬火
表面脫碳
缺陷產生原因：
1．氣體滲碳后期，爐氣碳勢低
2．固體滲碳后，冷卻速度過慢
3．滲碳后空冷時間過長
4．在冷卻井中無保護冷卻
5．空氣爐加熱淬火無保護氣體
6．鹽浴爐加熱淬火，鹽浴脫氧不徹底
對策：
1．在碳勢適宜的介質中補滲
2．淬火后作噴丸處理
3．磨削余量，較大件允許有一定脫碳層（≤0.02mm）
滲碳層淬火后出現屈氏體組織（黑色組織）
缺陷產生原因：滲碳介質中含氧量較高：氧擴散到晶界形成Cr、Mn、Si的氧化物，使合金元素貧化，使淬透性降低
對策：
1．控制爐氣介質成分，降低含氧量
2．用噴丸可以進行補救
3．提高淬火介質冷卻能力
展開 滲碳淬火常見缺陷及對策
滲碳件常見缺陷與對策
滲碳層出現大塊狀或網狀碳化物
缺陷產生原因：表面碳濃度過高
1．滴注式滲碳，滴量過大
2．控制氣氛滲碳，富化氣太多
3．液體滲碳，鹽浴氰根含量過高
4．滲碳層出爐空冷，冷速太慢
對策：
1．降低表面碳濃度，擴散期內減少滴量和適當提高擴散期濕度，也可適當減少滲碳期滴量
2．減少固體滲碳的催碳劑
3．減少液體滲碳的氰根含量
4．夏天室溫太高，滲后空冷件可吹風助冷
5．提高淬火加熱溫度50~80oC并適當延長保溫時間
6．兩次淬火或正火+淬火，也可正火+高溫回火，然后淬火回火
滲層出現大量殘余奧氏體
缺陷產生原因：
1．奧氏體較穩定，奧氏體中碳及合金元素的含量較高
2．回火不及時，奧氏體熱穩定化
3．回火后冷卻太慢
對策：
1．表面碳濃度不宜太高
2．降低直接淬火或重新加熱淬火溫度，控制心部鐵素體的級別≤3級
3．低溫回火后快冷
4．可以重新加熱淬火，冷處理，也可高溫回火后重新淬火
表面脫碳
缺陷產生原因：
1．氣體滲碳后期，爐氣碳勢低
2．固體滲碳后，冷卻速度過慢
3．滲碳后空冷時間過長
4．在冷卻井中無保護冷卻
5．空氣爐加熱淬火無保護氣體
6．鹽浴爐加熱淬火，鹽浴脫氧不徹底
對策：
1．在碳勢適宜的介質中補滲
2．淬火后作噴丸處理
3．磨削余量，較大件允許有一定脫碳層（≤0.02mm）
滲碳層淬火后出現屈氏體組織（黑色組織）
缺陷產生原因：滲碳介質中含氧量較高：氧擴散到晶界形成Cr、Mn、Si的氧化物，使合金元素貧化，使淬透性降低
對策：
1．控制爐氣介質成分，
展開 滲碳體的概念
滲碳體概念
滲碳體的分子式為Fe3C，它是一種具有復雜晶格結構的間隙化合物。
它的含碳量為6.69％；熔點為1227℃左右；不發生同素異晶轉變；但有磁性轉變，它在230℃以下具有弱鐵磁性，而在230℃以上則失去鐵磁性；其硬度很高（相當于HB800），而塑性和沖擊韌性幾乎等于零，脆性極大。
滲碳體不易受硝酸酒精溶液的腐蝕，在顯微鏡下呈白亮色，但受堿性苦味酸鈉的腐蝕，在顯微鏡下呈黑色。滲碳體的顯微組織形態很多，在鋼和鑄鐵中與其他相共存時呈片狀、粒狀、網狀或板狀。
滲碳體是碳鋼中主要的強化相，它的形狀與分布對鋼的性能有很大的影響。同時Fe3C又是一種介（亞）穩定相，在一定條件下會發生分解。
展開 滲碳試棒等溫正火工藝探討
表3 滲碳試棒等溫正火工藝
結論
通過對滲碳試棒等溫正火研究、分析和討論，得到以下結論：⑴滲碳試棒毛坯采用等溫正火處理，硬度波動范圍穩定，整批工件的金相組織穩定，同時便于后續滲碳淬火使用，既保證熱處理質量又兼顧檢測成本，其產出與投入比較高。⑵通過調整吹風風速強弱、吹風時間長短、加熱溫度、等溫溫度、周期時間等工藝措施，調整并修正工藝，可以實現產品的合格，提升了正火一次性合格率，提高生產效率。
本文節選自《鍛造與沖壓》2018.13期。
鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體、貝氏體、魏氏組織、馬氏體、萊氏體......一文識盡！
滲碳體
滲碳體是碳和鐵以一定比例化合成的金屬化合物，用分子式Fe3C表示，其含碳量為6.69%，在合金中形成(Fe,M)3C。滲碳體硬而脆，塑性和沖擊韌度幾乎為零，脆性很大，硬度為800HB。在鋼鐵中常呈網絡狀、半網狀、片狀、針片狀和粒狀分布。
4. 珠光體
由鐵素體和滲碳體組成的機械混合物稱為珠光體，用符號P表示。其力學性能介于鐵素體和滲碳體之間，強度較高，硬度適中，有一定的塑性。
珠光體是鋼的共析轉變產物，其形態是鐵素體和滲碳體彼此相間形如指紋，呈層狀排列。按碳化物分布形態又可分為片狀珠光體和球狀珠光體二種。
（1）片狀珠光體：又可分為粗片狀、中片狀和細片狀三種。
（2）球狀珠光體：經球化退火獲得，滲碳體成球粒狀分布在鐵素體基體上；滲碳體球粒大小，取決于球化退火工藝，特別是冷卻速度。球狀珠光體可分為粗球狀、球狀、細球狀和點狀四種珠光體。
5. 貝氏體
是鋼的奧氏體在珠光體轉變區以下，Ms點以上的中溫區轉變的產物。貝氏體是鐵素體和滲碳體的機械混合物，介于珠光體與馬氏體之間的一種組織，用符號B表示。
根據形成溫度不同，分為粒狀貝氏體、上貝氏體(B上)和下貝氏體(B下)。
粒狀貝氏體強度較低，但具有較好的韌性；下貝氏體既具有較高的強度，又具有良好的韌性；粒狀貝氏體的韌性最差。貝氏體形態多變，從形狀特征來看，可將貝氏體分為羽毛狀、針狀和粒狀三類。
（1）上貝氏體：上貝氏體特征是：條狀鐵素體大體平行排列，其間分布有與鐵素體針軸平行的細條狀（或細短桿狀）滲碳體，呈羽毛狀。
展開 鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體、貝氏體、魏氏組織、馬氏體、萊氏體......一文識盡！
滲碳體
滲碳體是碳和鐵以一定比例化合成的金屬化合物，用分子式Fe3C表示，其含碳量為6.69%，在合金中形成(Fe,M)3C。滲碳體硬而脆，塑性和沖擊韌度幾乎為零，脆性很大，硬度為800HB。在鋼鐵中常呈網絡狀、半網狀、片狀、針片狀和粒狀分布。
4. 珠光體
由鐵素體和滲碳體組成的機械混合物稱為珠光體，用符號P表示。其力學性能介于鐵素體和滲碳體之間，強度較高，硬度適中，有一定的塑性。
珠光體是鋼的共析轉變產物，其形態是鐵素體和滲碳體彼此相間形如指紋，呈層狀排列。按碳化物分布形態又可分為片狀珠光體和球狀珠光體二種。
（1）片狀珠光體：又可分為粗片狀、中片狀和細片狀三種。
（2）球狀珠光體：經球化退火獲得，滲碳體成球粒狀分布在鐵素體基體上；滲碳體球粒大小，取決于球化退火工藝，特別是冷卻速度。球狀珠光體可分為粗球狀、球狀、細球狀和點狀四種珠光體。
5. 貝氏體
是鋼的奧氏體在珠光體轉變區以下，Ms點以上的中溫區轉變的產物。貝氏體是鐵素體和滲碳體的機械混合物，介于珠光體與馬氏體之間的一種組織，用符號B表示。
根據形成溫度不同，分為粒狀貝氏體、上貝氏體(B上)和下貝氏體(B下)。
粒狀貝氏體強度較低，但具有較好的韌性；下貝氏體既具有較高的強度，又具有良好的韌性；粒狀貝氏體的韌性最差。貝氏體形態多變，從形狀特征來看，可將貝氏體分為羽毛狀、針狀和粒狀三類。
（1）上貝氏體：上貝氏體特征是：條狀鐵素體大體平行排列，其間分布有與鐵素體針軸平行的細條狀（或細短桿狀）滲碳體，呈羽毛狀。
展開 準貝氏體鋼的滲碳特性及滲碳工藝
準貝氏體鋼的滲碳特性及滲碳工藝[J]. 熱加工工藝, 2002, 000(001):15-17.
表面脫碳對滲碳淬火工藝的影響
本文主要針對某項目擋位結合齒在工藝開發試制過程中，發現了表面非馬氏體組織缺陷，分析與鍛坯表面脫碳有較大關系，通過幾種脫碳試驗結果對比，確定了表面脫碳對滲碳熱處理工藝的影響，對鍛件表面脫碳技術要求的制定具有參考意義。
由國內某公司研發的7 速TST 雙離合器變速箱綜合傳動效率達到94%，最高效率達到97%，具有最佳的燃油經濟性，同時讓消費者擁有優越的駕車體驗，換擋時間低于0.2s。該變速器齒軸類零件采用冷熱復合結合鍛造、低壓真空滲氮等自動化生產工藝，本文以六七擋結合齒為例，零件外貌如圖1 所示，對工藝試驗中出現的齒部非馬氏體組織成因進行分析，制定相應措施。
圖1 六七擋結合齒零件外貌
問題描述
工藝開發試驗階段，滲碳淬火后對齒部理化進行檢測，發現齒部外緣出現大量黑色非馬氏體組織如圖2 所示，與此同時，其他整體式結合齒也有類似情況出現，主要工藝流程為溫鍛→等溫退火→冷精整→機加工→滲碳淬火，結合齒部位在冷精整成形后，不經過后續機加工處理，直接進行滲碳淬火，發現非馬氏體組織的同時，表面硬度和滲層深度也低于下限值。
圖2 六七擋結合齒非馬氏體組織形貌
問題分析
利用魚骨質量分析方法，對該質量問題進行剖析如圖3 所示，由原熱鍛+車外徑工藝流程轉變為溫鍛+不車外徑，其鍛造工藝存在變更情況，分析認為表面脫碳對非馬氏體組織的形成是問題的關鍵。
圖3 “人機料法環測”質量分析
鍛件在熱鍛成形和正火過程中，鋼材中頻快速加熱后，鍛件整體溫度快速上升，一旦達到材料Ac
1 溫度附近，鍛件表面便逐漸形成脫碳。脫碳與化學成分、加熱溫度、保溫時間、碳的金相形式、環境氣氛等都有很大關系。
展開 金屬所《JMST》：冷變形珠光體鋼絲滲碳體分解調控界面演變！
多個學者研究了PSW的微觀結構及其與優異力學性能的關系，全珠光體鋼由納米鐵素體和滲碳體(Fe3C)片層組成，高密度間相邊界作為位錯滑移的障礙，顯著增加了材料的流動應力。隨著變形應變的增加，層間距離減小，冷拉鋼絲的強度進一步提高。在珠光體中，雖然滲碳體/鐵素體界面的結構已經研究了很長一段時間，但直到近年來，原子水平的結構-性質相關性才受到重視。目前珠光體鋼絲界面結構如何演化還未明確，這嚴重限制了界面變形對力學行為影響的研究。
中科院金屬研究所的研究人員探討了隨著變形應變的增加，PSW中Fe3C/Fe界面的結構演變。研究了界面原子構型和應變形態，并重點分析形變誘導滲碳體分解對界面重構的影響。
展開 滲碳齒輪的熱處理畸變及其控制技術
滲碳齒輪的熱處理畸變及其控制技術[J]. 熱處理, 2008, 23(3):8.
筆記93：齒輪在連續爐上的稀土快速滲碳技術
今天繼續分享稀土快速滲碳技術。
機械零件為什么要進行熱處理？
2）滲碳淬火
滲碳淬火適用于低碳鋼和低合金鋼，先提高零件表層的含碳量，經淬火后使表層獲得高的硬度，而心部仍保持一定的強度和較高的韌性和塑性。滲碳分整體滲碳和局部滲碳。局部滲碳時對不滲碳部分要采取防滲措施（鍍銅或鍍防滲材料）。由于滲碳淬火變形大，且滲碳深度一般在0.5~2mm之間，所以滲碳工序一般安排在半精加工和精加工之間。
其工藝路線一般為：下料-鍛造-正火-粗、半精加工-滲碳淬火-精加工。
當局部滲碳零件的不滲碳部分采用加大余量后，切除多余的滲碳層的工藝方案時，切除多余滲碳層的工序應安排在滲碳后，淬火前進行。
3）滲氮處理
滲氮是使氮原子滲入金屬表面獲得一層含氮化合物的處理方法。滲氮層可以提高零件表面的硬度、耐磨性、疲勞強度和抗蝕性。由于滲氮處理溫度較低、變形小、且滲氮層較薄（一般不超過0.6~0.7mm），滲氮工序應盡量靠后安排，為減小滲氮時的變形，在切削后一般需進行消除應力的高溫回火。
展開 機械零件為什么要進行熱處理，機械小白急需的資料？
（2）滲碳淬火
滲碳淬火適用于低碳鋼和低合金鋼，先提高零件表層的含碳量，經淬火后使表層獲得高的硬度，而心部仍保持一定的強度和較高的韌性和塑性。滲碳分整體滲碳和局部滲碳。局部滲碳時對不滲碳部分要采取防滲措施（鍍銅或鍍防滲材料）。由于滲碳淬火變形大，且滲碳深度一般在0.5~2mm之間，所以滲碳工序一般安排在半精加工和精加工之間。
其工藝路線一般為：下料-鍛造-正火-粗、半精加工-滲碳淬火-精加工。
當局部滲碳零件的不滲碳部分采用加大余量后，切除多余的滲碳層的工藝方案時，切除多余滲碳層的工序應安排在滲碳后，淬火前進行。
（3）滲氮處理
滲氮是使氮原子滲入金屬表面獲得一層含氮化合物的處理方法。滲氮層可以提高零件表面的硬度、耐磨性、疲勞強度和抗蝕性。由于滲氮處理溫度較低、變形小、且滲氮層較薄（一般不超過0.6~0.7mm），滲氮工序應盡量靠后安排，為減小滲氮時的變形，在切削后一般需進行消除應力的高溫回火。
END
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文章來源：機械設計資源分享
展開 高強度汽車齒輪表面強化技術的研究現狀和發展趨勢（一）
2.2.1 氮碳共滲
氮碳共滲(軟氮化)與滲碳相比，處理溫度低，一般在 460~600 ℃進行，因此齒輪變形小。滲氮可以提高齒輪表面硬度、耐磨性、疲勞強度及抗蝕能力。日本汽車公司對部分疲勞壽命極限要求不高，熱處理后不做齒面精加工的汽車齒輪，在熱處理時采用氮碳共滲工藝，通常以提高齒輪表面的耐磨性為主要目的。
2.2.2 表面淬火
表面淬火主要包括感應淬火、激光淬火等。與滲碳淬火相比，表面淬火變形小。汽車齒輪表面淬火主要采用感應淬火。據齒輪模數的不同，采取不同方式的感應淬火，如齒輪模數為3 ~5 mm，采用高頻感應淬火；當模數增大到5~8 mm，一般選中頻感應淬火。高頻加熱淬火能得到沿齒輪廓均勻分布的淬硬層，應用高頻淬火熱處理對汽車轉向小齒輪進行強化，試件疲勞強度得到大幅提高。高頻熱處理具有CO2排放少，齒輪疲勞強度和耐磨性能高，畸變較小的突出優點。激光淬火具有淬火區晶粒細小且均勻、齒輪變形小等優點，為大模數、高精度的齒輪提供了一種有效的齒面強化途徑，但其成本較高。
2.2.3 滲碳
滲碳是汽車齒輪表面處理中普遍應用的化學熱處理方法之一。經滲碳處理可使齒輪具有很好的綜合力學性能，有效防止輪齒折斷。
目前滲碳的方法有氣體滲碳、真空滲碳以及等離子滲碳。氣體滲碳是低碳合金鋼齒輪廣泛采用的表面強化工藝，可使齒輪表面獲得較高硬度，提高其耐磨性，而心部仍為原始的板條狀馬氏體組織，以保持良好的韌性。高溫滲碳將齒輪滲碳溫度從900 ℃提高到1 050 ℃，可顯著縮短滲碳時間約50%以上，可有效提高生產效率。但是高溫滲碳容易導致奧氏體晶粒粗大化，降低齒輪疲勞性能，且變形大。為克服高溫滲碳時晶粒長大問題，國內外學者發現微合金化是抑制齒輪鋼的奧氏體晶粒長大的有效手段。
展開 機械零件為什么要進行熱處理，機械小白急需的資料？
（2）滲碳淬火
滲碳淬火適用于低碳鋼和低合金鋼，先提高零件表層的含碳量，經淬火后使表層獲得高的硬度，而心部仍保持一定的強度和較高的韌性和塑性。滲碳分整體滲碳和局部滲碳。局部滲碳時對不滲碳部分要采取防滲措施（鍍銅或鍍防滲材料）。由于滲碳淬火變形大，且滲碳深度一般在0.5~2mm之間，所以滲碳工序一般安排在半精加工和精加工之間。
其工藝路線一般為：下料-鍛造-正火-粗、半精加工-滲碳淬火-精加工。
當局部滲碳零件的不滲碳部分采用加大余量后，切除多余的滲碳層的工藝方案時，切除多余滲碳層的工序應安排在滲碳后，淬火前進行。
（3）滲氮處理
滲氮是使氮原子滲入金屬表面獲得一層含氮化合物的處理方法。滲氮層可以提高零件表面的硬度、耐磨性、疲勞強度和抗蝕性。由于滲氮處理溫度較低、變形小、且滲氮層較薄（一般不超過0.6~0.7mm），滲氮工序應盡量靠后安排，為減小滲氮時的變形，在切削后一般需進行消除應力的高溫回火。
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