【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 17 滲碳時(shí)間對(duì)比 17 金相分析 17 滲碳與未滲的對(duì) 17 金相分析 18 硬度分析 18結(jié)論 19致謝 20參考文獻(xiàn) 21第1章 緒論本課題研究的是20鋼進(jìn)行液體滲碳的工藝及滲碳后的性能分析。 項(xiàng)目發(fā)展背景宋元時(shí)期開(kāi)始，古代工匠除了采用百煉鋼技術(shù)以外，還采用了熟鐵和生鐵合煉的技術(shù)?！皥F(tuán)鋼”和“灌鋼”技術(shù)，實(shí)際上都屬于液體滲碳制鋼法。北宋的沈括在《夢(mèng)溪筆談》中描述了團(tuán)鋼的制備方法，是“用‘柔鐵’盤(pán)屈之，乃以‘生鐵’陷其間，泥封煉之，鍛令相入”。液體滲碳與固體滲碳比較，有滲速快、滲層厚度均勻和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等的優(yōu)點(diǎn)。具有冶煉生鐵堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)的中國(guó)古人獨(dú)創(chuàng)了以熔融生鐵為滲碳劑的液體滲碳方法，極大地推進(jìn)了我國(guó)古代的鋼鐵制造業(yè)。液體滲碳究竟始于何時(shí)，目前尚不清楚，很有可能《吳越春秋》描繪的“三百人鼓橐裝炭，金鐵乃濡”就是液體滲碳的開(kāi)端。采用液體滲碳方法制取“灌鋼”的技術(shù)可能很早，西晉的張協(xié)有“楚之陽(yáng)劍，歐冶所營(yíng)，乃煉乃爍，萬(wàn)辟千灌”。這里所謂“灌”，可能指的是“灌鋼”，到宋代，灌鋼流行全國(guó)，已經(jīng)取代炒鋼和百煉鋼，成為當(dāng)時(shí)主要的煉鋼方法。這是我國(guó)古代熱處理技術(shù)的一項(xiàng)獨(dú)創(chuàng)性的成就[1]。在化學(xué)熱處理方面，液體滲碳方法在制鋼方面又有了很大進(jìn)展，這時(shí)采用所謂的“生鐵淋口”技術(shù)，生產(chǎn)的鋼材被稱(chēng)為“蘇鋼”。宋應(yīng)星在《錘鍛》篇中提及采用液體滲碳法對(duì)鋤具進(jìn)行表面處理的工藝。鋤用“熟鐵鍛成，熔化生鐵淋口，入水淬健，即成剛勁。”可以看出，該工藝是將鋤具在熔化生鐵中滲碳，目的是使其表面成為高碳鋼，經(jīng)淬火后得到馬氏體而強(qiáng)化。從近代起，盡管仍有地方生產(chǎn)“灌鋼”或“蘇鋼”，如在安徽的蕪湖、湖南的湘潭、四川的重慶、威遠(yuǎn)等地人們還在使用這一傳統(tǒng)技術(shù)，但在全國(guó)范圍內(nèi)，這一傳統(tǒng)的液體滲碳制鋼法不再成為制鋼主要手段[2]。 項(xiàng)目發(fā)展趨勢(shì)和研究意義液體滲碳方法以其滲入速度快，滲層均勻，工件變形小，且可直接淬火，設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，并且在操作中具有很大的機(jī)動(dòng)性，在鹽浴中可以裝入或取出任何單獨(dú)的零件而不影響其余的零件，因此可以不停止生產(chǎn)過(guò)程而在不同的零件上得到不同深度的滲碳層，這一點(diǎn)是其他滲碳工藝無(wú)法達(dá)到的。正因如此，液體滲碳工藝在國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家仍在廣泛應(yīng)用著。但是液體滲碳鹽浴中的滲劑是采用氰鹽，或是反應(yīng)生成物中含有氰根，其毒性大，對(duì)人體、環(huán)境危害極大。因此圍繞液體滲碳的鹽浴組成，滲劑的選用、改進(jìn)等問(wèn)題進(jìn)行了多年的研究[1]。當(dāng)前液體滲碳正著無(wú)毒無(wú)污染的方向進(jìn)行，像NCL無(wú)毒液體滲碳劑、603無(wú)毒液體滲碳劑及其改進(jìn)行、QPQ技術(shù)等。第2章 材料分析 材料分析 20鋼的成分特點(diǎn)1. 特性 該鋼屬于優(yōu)質(zhì)碳素鋼，冷擠壓、淬硬鋼。該鋼強(qiáng)度低，韌性、塑性和焊接性均好?？估瓘?qiáng)度為253~500MPa，伸長(zhǎng)率≥24%。20鋼特性與15鋼基本相仿，但強(qiáng)度稍高[3]。 正火可促進(jìn)該鋼球化，細(xì)化大塊狀先共析鐵素體，改進(jìn)小于160HBS毛坯的切削性能。 該鋼零件工藝路線為：下料→鍛造模坯→退火→機(jī)械粗加工→冷擠壓成型→再結(jié)晶退火→機(jī)械精加工→滲碳→淬火、回火→研磨拋光→裝配。2. 未熱處理態(tài)，硬度≤156HBS。3. 20鋼的化學(xué)成分如表21[3]：表21 20鋼的化學(xué)成分（GB\T 6991988）元素CSiMnCrPSNiCu含量W%~~~≤≤≤≤≤4. 相變點(diǎn)溫度（近似值）Ac1=735℃，Ac3=855℃，Ar3=835℃，Ar1=680℃ 5. 正火規(guī)范 溫度920~950℃，出爐空冷。硬度131~156HBS。 6. 冷壓毛坯軟化處理規(guī)范 溫度700~720℃，保溫時(shí)間8~15h，再以50~100℃/h的冷速，隨爐降至溫度≤550~600℃，出爐空冷。處理前硬度≤143HBS，軟化后硬度≤131HBS。7. 淬火規(guī)范 溫度910℃177。10℃，10%NaCl鹽水冷。 20鋼的用途 20鋼適用于制造汽車(chē)、拖拉機(jī)及一般機(jī)械制造業(yè)中建造不太重要的中小型滲碳、碳氮共滲等零件，如汽車(chē)上的手剎蹄片、杠桿軸、變速箱速叉、傳動(dòng)被動(dòng)齒輪及拖拉機(jī)上凸輪軸、懸掛均衡器軸、均衡器內(nèi)外襯套等；在熱軋或正火狀態(tài)下用于制造受力不大，而要求韌性高的各種機(jī)械零件；在重、中型機(jī)械制造業(yè)中，如鍛制或壓制的拉桿、鉤環(huán)、杠桿、套筒、夾具等。在汽輪機(jī)和鍋爐制造業(yè)中多用于壓力≤6N/平方，溫度≤450℃的非腐化介質(zhì)中工作的管子、法蘭、聯(lián)箱及各種緊固件；在鐵路、機(jī)車(chē)車(chē)輛上用于制造十字頭、活塞等鑄件[ 20鋼依靠自身的材料特性硬度不會(huì)超過(guò)40HRC，作為工程結(jié)構(gòu)鋼，它具有足夠的強(qiáng)度和良好的焊接性，成形工藝性及一定的耐蝕性。當(dāng)然20鋼也可以作為機(jī)器零件用鋼，這種材料主要承受拉、壓、彎、扭、沖擊、疲勞應(yīng)力，且往往是幾種載荷同時(shí)作用，可以是恒載或變載，作用力的方向可以是單向或反復(fù)的，工作環(huán)境是大氣、水、和潤(rùn)滑油，溫度在室溫到100℃范圍之間，機(jī)械零件要求有良好的服役性能，有足夠的強(qiáng)度、塑性、韌性和疲勞強(qiáng)度等。20鋼淬火后生成低碳馬氏體，為這些應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，相對(duì)于中碳和高碳鋼來(lái)說(shuō)，淬火后，低碳馬氏體具有更好的韌性。表面經(jīng)強(qiáng)化處理后可使這種材料具有更好的綜合性能，這種強(qiáng)化處理包括鋼的化學(xué)熱處理，比如滲碳、滲氮、碳氮共滲、滲硼、磞氮共滲等，經(jīng)過(guò)這些處理后其表層可達(dá)到理想硬度，而心部的韌性高于中高碳鋼，這樣的性能在機(jī)器零件中應(yīng)用十分廣泛。而單純的20鋼只能應(yīng)用于不太重要的小型零件，這就決定20鋼一般不直接使用，而是先進(jìn)行表面強(qiáng)化處理[4]。第3章 20鋼液體滲碳的實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 實(shí)驗(yàn)原理 液體滲碳就是在液體介質(zhì)中進(jìn)行的滲碳。它可分為兩類(lèi)：一類(lèi)是加有氰化物的鹽浴，另一類(lèi)是不加氰化物的鹽浴。因氰化物有劇毒，顧前類(lèi)鹽浴以不采用。本實(shí)驗(yàn)用不加氰化物的鹽浴，這種鹽浴的組成大體上可分為：一是加熱介質(zhì)，即NaCl和KCl；二類(lèi)是催滲劑，即Na2CO3，即尿素和木炭粉。這種鹽浴在滲碳時(shí)的反應(yīng)是3（NH2）2CO3+Na2CO3→2NaCNO+4NH3+2CO2 (31) 4NaCNO→2NaCN+Na2CO3+CO+2[N] (32) 2NaCNO+O2→Na2CO3+ CO+2[N] (33) 2CO→CO2+[C] (34) 由以上反應(yīng)可以看出：①雖然是液體滲碳，但滲碳反仍然是在鋼件表面的氣相反應(yīng)②原材料雖然無(wú)毒，但反應(yīng)的結(jié)果仍使鹽浴中含有NaCN（%）；③鹽浴還有一定的滲氮功能[4]。 實(shí)驗(yàn)儀器本次實(shí)驗(yàn)的設(shè)備均來(lái)自學(xué)校實(shí)驗(yàn)室，包括試樣加工設(shè)備、加熱設(shè)備和檢測(cè)設(shè)備。 加熱設(shè)備和檢測(cè)設(shè)備試樣是使用實(shí)驗(yàn)室切割器和砂輪進(jìn)行加工的，在此不再贅述。、SXG07130節(jié)能箱式電阻爐和坩堝，℃，主要用于實(shí)驗(yàn)室作化學(xué)分析、加溫、熱處理、物理測(cè)定和一般小型鋼件熱處理時(shí)加熱之用。由鐵鉻鋁合金絲繞制成螺旋狀的加熱元件穿于內(nèi)爐襯上、下、左、右的絲槽中。爐內(nèi)為密封式結(jié)構(gòu)，電爐的爐口磚，爐門(mén)磚采用輕質(zhì)耐火材料，內(nèi)爐與爐殼之間用耐火纖維、膨脹珍珠巖制品砌筑為保溫層。SXG07130節(jié)能箱式電阻爐額定加熱溫度為1000℃，不同的是它是由數(shù)字顯示溫度和保溫時(shí)間，能手動(dòng)設(shè)置加熱步驟，然后自動(dòng)執(zhí)行命令，而且它的精度更高，升溫平穩(wěn)，清潔性也相對(duì)較好，適用于溫度變化對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響較大的熱處理。檢測(cè)設(shè)備為MDS倒置金相顯微鏡、HXD1000TMC/LCD顯微硬度計(jì)及圖象分析系統(tǒng)和全洛氏硬度計(jì)TH320。如圖31 MDS倒置金相顯微鏡用于觀察分析材料的金相顯微組織，具有高性能無(wú)限遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)、完善的觀察功能、先進(jìn)的圖像采集分析系統(tǒng)，可進(jìn)行自動(dòng)智能管理、控制操作、圖像分析并生成報(bào)告。如圖32 HXD1000TMC/LCD顯微硬度計(jì)及圖象分析系統(tǒng)用于測(cè)定精密零件、金屬組織及滲碳等硬化層的顯微硬度，完成硬化層深度測(cè)量及曲線繪制，能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量、統(tǒng)計(jì)分析、報(bào)告存儲(chǔ)打印。還可用