【正文】 滲碳 方法 滲碳的目的是使機器零件獲得高的表面硬度、耐磨性及高 的接觸疲勞強度和彎曲疲勞強度，滲碳后淬火、回火，心部保持良好韌性的同時提高工件的表面強度、耐磨性和硬度。 中北大學課程設計說明書 第 5 頁 共 23 頁 因此采用 甲醇 煤油滴注式滲碳法（甲醇為稀釋劑，煤油為滲碳劑），甲醇 煤油滴注劑中煤油的含量一般在 15﹪ 30﹪范圍內，高溫下甲醇的裂解產(chǎn)物水、二氧化碳和甲烷、碳氧化，可使爐氣成分和碳勢保持在一定范圍內，可以采用紅外儀進行控制。 然后采用遇冷淬火加回火的最終熱處理。 最終熱處理 一般 以 淬火 +回火，作為最終熱處理工藝。淬火提高硬度，但是塑性會降低。而回火可以改善塑性。一般分為高、中、低溫回火。不同回火可以獲得不同塑韌性的材料。通常，淬火 +高溫回火稱之為調質處理，應用廣泛。 20CrMnTi 鋼的 最終 熱處理工藝 為了提高表面硬度， 使過冷奧氏體進行馬氏體（或貝氏體）轉變，得到馬氏體（或貝氏體）組織。然后配合以不同溫度的回火，以提高工件的硬度、強韌性、彈性、耐蝕性和耐磨性等，獲得所需的力學性能。 因此采用淬火。 20CrMnTi 鋼回火時可以使馬氏體分解，轉變成回火馬氏體，淬火內應力得到部分消除，淬火時產(chǎn)生的 微裂紋也大部分得到愈合。因此低溫回火可以在很少降低硬度的情況下使鋼的韌性得到顯著提高，并提高鋼的強度和耐磨性，使軸得到優(yōu)異的機械性能。并且可以穩(wěn)定組織，使工件在使用過程中不發(fā)生組織轉變，降低或消除淬火內 應力，以減少工件的變形并防止開裂，從而保證工件的形狀、尺寸不變 ，因此采用低溫回火。 6 熱處理工藝方法的選擇 正火工藝的選擇 加熱速度 加熱速度主要與鋼的成分、工件的尺寸和形狀等因素有關。為防止變形開裂，應該適當控制加熱速度。碳鋼和低合金鋼的中、小件的加熱速度一般控制在 100～200℃ /h；中、高合金鋼形狀復雜的或截面大的工件一般應進行預熱或采用低溫入爐進行隨爐升溫的加熱方式，溫度低于 600～ 700℃ 時加熱速度為 30～ 70℃ /h，高于此溫度后控制在 80～ 100℃ /，采用低溫入爐加熱，加熱速度為 50～ 100℃ /h能夠達到目的。 中北大學課程設計說明書 第 6 頁 共 23 頁 加熱溫度 20CrMnTi鋼 Ac3 約為 825℃ ，通常的正火加熱溫度為 Ac3+(30～ 50) ℃ .在實際生產(chǎn)中，正火加熱溫度常常略高于上述溫度。為促使奧氏體均勻化，增大過冷奧氏體的穩(wěn)定性 ,選擇的加熱溫度在 930℃ 。 保溫時間 選定的依據(jù)：加熱時間可按下列公式進行計算： T = aKD 。式中 T為加熱時間（ min）， K反映裝爐時的修正系數(shù)，通過查手冊取 K=,a為加熱系數(shù) min/mm,可參見表 a=～ ， D為工件有效厚度（ mm），工件厚度 =（工件最厚處直徑 +工件最薄處直徑） /2，可得 D=23mm T=(16+5+5+22+5+5)=58min≈60min 表 3 熱處理工件裝爐系數(shù) 工件裝爐位置 裝爐系數(shù)K 工件裝爐位置 裝爐系數(shù) K 1 1 1 2 4 0 . 5 d 0 . 5 d2 d 1 d2 d中北大學課程設計說明書 第 7 頁 共 23 頁 表 4 碳鋼和合金鋼在各種介質中的加熱系數(shù)（ α 值 ) 鋼材 每 1mm有效厚度的加熱時間 空氣電阻爐 鹽浴爐 碳鋼 ～ 25～ 30s 合金鋼 ～ 50～ 60s 15～ 20s（一次預熱） 高速鋼 8～ 15s（二次預熱） 冷卻速度 與 最終組織 冷卻速度對鋼退火后的組織與性能影響的一般規(guī)律是：冷卻速度越大，奧氏體分解溫度越低，則珠光體轉變產(chǎn)物越細，應力越大，硬度越高。冷卻過慢，會出現(xiàn)大塊鐵素體，造成工件過軟。正火工件一般為空冷，對滲碳鋼及大件等正火有時采用吹風冷卻，甚至噴霧冷卻。這里采用空冷。 最終組織 正火所得到的組織是珠光體型組織或者說是鐵素體和滲碳體的機械混合物。正火的珠光體是在較大過冷度下得到的，因而對亞共析鋼來說，析出的先共析鐵素體較少，珠光體數(shù)量較多，珠光體的片層間距較小。 晶粒度： 5～ 6級 。 正火工藝曲線 圖 2正火工藝曲線 溫度℃ 930℃ 60min 時間 min 空冷 中北大學課程設計說明書 第 8 頁 共 23 頁 滲碳工藝的制定 加熱速度 加熱速度主要與鋼的成分、工件的尺寸和形狀等因素有關。為防止變形開裂，應該適當控制加熱速度。碳鋼和低合金鋼的中、小件的加熱速度一般控制在 100～200℃ /h；中、高合金鋼形狀復雜的或截面大的工件一般應進行預熱或采用低溫入爐進行隨爐升溫的加熱方式，溫度低于 600～ 700℃ 時加熱速度為 30～ 70℃ /h，高于此溫度后控制在 80～ 100℃ /h。根據(jù)本設計中的零件尺寸及形狀的實際情況，采用低溫入爐加熱，加熱速度為 50～ 100℃ /h 能夠達到目的。 滲碳溫度 由式 D = ??（ ?16575/T） 可知，隨著滲碳溫度升高，碳在鋼中的擴散系數(shù)呈指數(shù)上升，滲碳速度加快；但滲碳溫度過高會造成晶粒長大，工件畸變增大，設備壽命降低等負面影響。所以滲碳溫度常控制在 900℃ ~950℃ 。選擇氣體滲碳，加熱 940℃ . 滲碳時間 滲碳深度 d 可按下式近似計算： d = kt?D/√?? ???/?? 式中 d——滲碳深度 k——滲碳速度因子 t——滲碳時間 D——擴散系數(shù) β——碳傳遞系數(shù) 經(jīng)驗計算按 ~。滲層為 ~,則滲碳時間 T=5~6h,取 300min。 滲碳方法 甲醇 煤油滴注式滲碳法（甲醇為稀釋劑，煤油為滲碳劑）。甲醇 煤油滴注劑中煤油的含量一般在 15%—30%范圍內，高溫下甲醇的裂解產(chǎn)物 H2O， CO2，煤油的裂解產(chǎn)物為 CH4 和 [C]，可使爐氣成分和碳勢保持在一定范圍內，可以采用紅外儀進行控制。 中北大學課程設計說明書 第 9 頁 共 23 頁 表 5 常用有機液體的滲碳特性 名稱 分子式 碳當量 /g 碳氧比 滲碳反應式 用途 甲醇 CH3OH 1 CH3OH→CO+2H 2 稀釋劑 乙醇 C2H5OH 46 2 C2H5OH→[C]+CO+3H 2 滲碳劑 異丙醇 C3H7OH 30