钢的渗碳和碳氮共渗.淬火.回火工艺

钢的渗碳和碳氮共渗、淬火、回火工艺

1、主题内容和适用范围

本工艺规定了渗碳钢的气体渗碳氮共渗淬火回火处理的工序 准备、工艺规范、操作规程、质量检验和安全环保等方面要求。 2、引用标准

JB3999—85 钢的渗碳和碳氮共渗淬火回火处理 GB85839—87 齿轮材料及热处理质量检验一般规定 ZBJ17022—88 齿轮碳氮共渗工艺及质量控制 ZBT04001—88 汽车渗碳齿轮金相检验 JB/ZQ4038—88 重载齿轮渗碳质量检验

GB9450—88 钢件渗碳淬火有效硬化层深度的测定和校核 GB15735—1995 金属热处理生产过程安全卫生要求 3、工艺准备 3.1 工件准备

3.1.1 对照图纸了解被处理工件的材料牌号（或化学成份），予处理情况和质量要求，磨削留量，必要时检查齿轮（轴齿轮）的加工精度。 3.1.2工件表面不得有氧化皮、碰伤和裂纹，用清洗剂洗净油污后烘干。 3.1.3 工件表面不需要渗碳或碳氮共渗的部位，又无留余量，没安排剥碳层的加工工序，就要用防渗涂料保护，防渗涂料的厚度应大于0.3mm ，涂层应致密，防渗涂料应符合ZB451—014的规定。 3.2 工装准备

3.3 开炉准备选用的工装应具有足够的热处理强度和刚度。

3.3.1检查热处理设备的机械和电气部分是否正常，炉子是否漏气。检查炉子需润滑油的部位，使其不断润滑。

3.3.2检查测温仪表，热电隅是否正常，要定期进行校验。 3.3.3定期清理气体渗碳炉炉罐中的碳黑和灰烬。 3.4工件的表卡和试样

3.4.1 根据工件的形状和要求，选用适当的吊具和夹具。 3.4.2 工件间要有5～10mm 的间隙。

3.4.3 应随炉放臵与装炉工件材质和予处理相同和符合GB8539—87“齿轮材料及热处理质量检验的一般规定”规定的样式，并放臵在有代表性的位臵，以备炉前操作抽样检查。

4、渗碳和碳氮共渗淬火回火处理的工艺规范和操作规程 4.1渗碳、碳氮共渗处理 4.1.1 装炉

4.1.1.1工件装炉前应把炉温升到渗碳或共渗温度，连续生产时可干上一炉出炉后立即装炉。

4.1.1.2 工件应装在炉子的有效加热区内，加热区的炉温不得超过±15℃。 4.1.1.3 每炉装载量不大于设备的装载量。 4.1.2 气体渗碳工艺规范和操作规程

4.1.2.1 气体渗碳工艺规范参照图1，低碳合金渗碳钢的渗碳温度取上限。

4.1.2.2 排气期

排气期的渗剂滴入量，参照表1，炉子到温后的排气时间的长短取决于排气程度，应取气进行分析，当CO 2和O 2的含量低于0.5%时，即可关闭试样孔，转入强渗期。无气体分析仪时，可观察废气火苗的颜色和状态，当火苗呈杏黄色，上升无力时，排气基本结束。一般地排气时间为1～1.5小时。

滴/min

注：a. 当炉温>850℃随着炉温的提高，提高煤油+异丙醇的滴量，降低甲醇的滴量。

b. 煤油和异丙醇的比例1：3。

4.1.2.3 强渗期，关闭试样孔，点燃排出的废气。检查炉盖及通风机轴处是否漏气。调整煤油、异丙醇的滴入量，滴量多少取决于设备大小，装炉工件表面积的大小及炉子密封的情况，表1的滴量供选择时参考。强渗期炉气成份应控制在表2规定的范围内。有条件应采用红外线CO 2碳位自控仪或露点仪控制炉气或用奥氏体分析仪对炉气进行分析，作为调正滴量的依据。强渗期的炉压控制在100～300pa 。废气燃烧的火苗高度控制在200～250㎜的长度。

根据工件有效硬化层要求和渗速经验，约达到1/2～2/3渗层深度时，抽验第一根试样，根据第一个试样的渗层确定第二个试样的时间，当有效硬化层深度达到或

接近工件的有效硬化深度时，即可进入扩散期。

4.1.2.4 扩散期：扩散期的煤油、异丙醇滴量约为强渗期的0.5倍，为了保证炉压，并同时加滴甲醇，扩散期的时间与工件要求的有效硬化层深度有关，有效硬化层深度愈深，扩散时间要求愈长一些，与工件的碳势（试样的碳势）有关，碳势高要求扩散时间长一些，还与试样渗层深度有关，为了保证工件表面0.85～1.0%的碳浓度和合理的过滤层，扩散时间约为1～3小时。

4.1.2.5 降温期：抽验的第三个试样，如果网状碳化物≥5级为作正火处理，920℃出炉空冷，对20CrMnMo 、17Cr2Ni 2Mo 、20CrNi2Mo 等渗碳钢，当工件室冷到300～400℃时要放到回火炉中炉冷，防止在表面和次层在空冷时产生马氏体，形成表面裂纹。 对于17CrNi 2Mo 、20Cr 2NiMo 等Cr 、Ni 渗碳钢即使碳化物不超级也要出炉空冷，空冷的炉温度为860～880℃

对于碳化物不超级的20CrMnTi 、20CrMnMo 渗碳齿轮，随炉冷到830～840℃，保温0.5～1H 后直接淬火。 降温期的滴量可参考表1

4.1.3 气体碳氮共渗工艺规范和操作规程。

4.1.3.1 气体碳氮共渗操作规程可参照本标准4.1.2条。 4.1.3.2 采用煤油加氨氧的气体碳氮共渗工艺曲线参照图2

4.1.3.3 共渗过程其炉气成分应符合表2规定 表2

4.2工件渗碳和碳氮共渗后的淬火、回火处理。

4.2.1工件渗碳后直接淬火。对本质细晶粒钢工件渗碳后可采用直接淬火的方法，以获得所需要的表层和心部硬度以及有效硬化层深度，如20CrMo 、20CrMnMo ，以及含硼和稀土的合金钢渗碳件。直接淬火一般在炉中降温到830～850℃，均温0. 5～1H 出炉后淬火 工件渗碳后直接淬火另一个条件是渗层金相组织网状碳化物≤4级。 工件要求渗层深，炉中碳势又高的情况，容易造成碳化物超级，而对于模数≤5的20CrMnTi 、20CrMnMo 齿轮，渗碳深度1.2～1.3㎜（含磨量）碳化物不易超级，可以直接淬火，模数大于5的齿轮视渗层的金相组织中网状碳化物的级别而定，如果网状碳化物小于4级可以直接淬火。5级以上则要高温正火，消除网状碳化物或降低网状碳化物级别。 4.2.2 工件渗碳后空冷后再淬火，按方法有以下几种原因： a. 工件渗碳后需要进行机械加工，如制碳层。

b. 容易发生过热的碳钢和非细晶粒合金钢件，以及某些不宜直接淬火的工件（如需要在压床上淬的齿轮）。 c. 渗层组织如出现网状碳化物超级

对于a 、b 两种情况，炉冷到850～860℃空冷，但对20CrMnMo 渗件要求在400℃以下缓冷，否则易再次表层出现马氏体组织形成裂纹，对于C 种情况，要求在900～930℃出炉直接空冷。

4.2.3 12CrNi 3、12Cr 2Ni 4、17CrNi 2Mo 、20CrNi 4、20Cr 2Ni 4 、20Cr 2Ni 4MoA 、 20Cr 2Ni 4WA 等高强合金渗碳件，渗碳炉冷到920℃出炉空冷（用于制作大模数齿轮），400以下缓冷，并增加一次至二次650～680℃，5～6H 的高温回火。这种高温回火称为催化或促变处理，它不仅能改善机械加工性能，更主要它是获得良好淬火组织的条件和保证。必须严格执行。

4.2.4 碳氮共渗的工件一般都从共渗温度或低于共渗温度出炉直接淬火。

4.2.5 经过渗碳淬火或碳氮共渗淬的工件，通常采用180℃±10℃的低温回火。

4.2.5.1 碳氮共渗齿轮回火的温度为180℃±10℃，回火时间3H 。 4.2.5.2 模数1～3的齿轴渗碳淬火后温度200～210℃，时间3H ，模数1～3的齿轮渗碳淬火后的回温度220℃±10℃，时间3H

4.2.5.3 模数3～5的齿轴、齿轮渗碳淬火后进行二次回火。第一次回火温度230℃，时间4H ；第二次齿轴的回火温度230℃，回火时间3H 。

4.2.5.4 模数≥6的齿轮、齿轴，渗碳后直接淬火的工件，需要进行三次回火。第一次回火温度230℃，回火时间3H ；第二次回火，齿轴的回火温度230℃，时间3H ，齿轮的回火温度240℃，时间3H ；第三次回火，齿轴的回火温度220℃，时间3H ，齿轮的回火温度240℃，时间3H 。 4.2.5.5模数≥6的齿轮齿轴渗碳后空冷，后加热淬火。进行二次回火。第一次回火温度230℃，时间4H ；第二次回火，齿轴的回火温度220℃，时间4H ，齿轮的回火温度240℃，时间4H 。

4.2.5.6 前一次回火后，工件空冷到室温或≤50℃，才能进行下一次回火。

4.2.5.7 工件回火必须放在回火炉的有效加热区内（渗碳淬火的齿轮部分需量出回火炉底部300㎜）。

4.3 渗碳和碳氮共渗淬火回火件的最后处理。 4.3.1 清理：进行喷砂，以清除赤面的油污和氧化模。

4.3.2 校直和矫正：用偏摆仪检查齿轴的变形，当超过允许变形时，应对其校直和矫正。随后进行去应力回火。条件允许（淬火工件量少时）应在淬火后马上进行校直，然后再回火。 5、质量检验

5.1 外观：不得有裂纹和碰伤。。

5.2 表面硬度

5.2.1 硬度检验的方法，按GB230—83《金属洛氏硬试验法》或其它硬度试验法进行。 5.2.2表面硬度的偏差范围，表面硬度不得超过表3的规定。

表3 表面硬度偏差（HRC ）

5.3 硬化层深度

5.3.1 有效硬化层检验方法，按GB 《钢的渗碳硬化层有效硬化层深度的测定和校验》中的规定执行。

5.3.2

有效硬化层深度偏差不得超过表4规定。 表4 有效硬化层深度偏差（㎜）

5.4 金相组织

根据零件的要求，按有关标准进行检定。

5.5 变形：零件的变形应符合技术要求。 6、安全与环保

6.1操作者要穿戴好必须的劳动保护用品。 6.2 执行所用设备的安全操作规程。

6.3 气体渗碳或碳氮共渗出炉淬火时，同时淬火的工件量大时，应先检查油温，当油温>100℃时，应先降油温后淬火，以防止油槽着火。着火时需用灭火器，石棉被灭火，严禁用水灭火。

6.4 要防止渗碳炉滴注器渗漏，以免引起炉盖着火，烧毁电机或造成渗剂失火。

6.5 其它方面按GB15735—1995，金属热处理生产过程安全卫生要求。

编制： 审核： 批准： 2014年1月1日