滲碳淬火不良碳化物的解決辦法

南京高精齒輪集團有限公司 （江蘇 210012） 張 偉 朱百智 郭祺龍 李朝青 石衛星

某公司常用滲碳材料為20CrNi2Mo、17Cr2Ni2Mo（17CrNiMo6，18CrNiMo7-6），在日常滲碳淬火過程中，偶爾會發生碳勢失控，碳化物超標的現象，如何有效消除碳化物又能保證表面硬度，是技術難點。結合多年來消除碳化物的經驗，本文總結了一套相對簡單而有效的方法。

碳化物分兩種，塊狀系碳化物和網狀系碳化物，在強滲和擴散階段碳勢失控常形成塊狀系碳化物，而在降溫過程中，在碳勢失控或冷速較慢的情況下常形成網狀系碳化物，淬火過程中若碳勢過高有時也會形成網狀系碳化物。

根據GB/T25744－2010，碳化物1～3級為合格，表面硬度≥58HRC為合格。

1.工藝說明

圖1為該公司常規熱處理滲碳淬火工藝曲線，滲碳溫度為930℃，淬火溫度為830℃。

圖1 常規工藝曲線

對于兩種材料滲碳淬火過程中常規碳勢見表1。

表1 常規碳勢 （%）

2.消除碳化物的典型工藝

不良碳化物常規的消除方法是將工件重新加熱到滲碳溫度，進行高溫退火，使其溶化消除后，再加熱進行淬火，但缺點是處理周期長，工件表面會有較嚴重的氧化脫碳層，且硬度很難達到58HRC以上。而本文總結并設計的消除兩類不良碳化物的工藝方法，既可以縮短不良碳化物處理周期，又能保護表面不被氧化，保證工件表面硬度。

（1）消除網狀碳化物的方法 工藝1：將淬火溫度由830℃提高到850℃，降低淬火碳勢（見表2），使碳化物有效溶解。全過程以氮氣為保護氣體，甲醇為載氣，異丙醇為富化氣體。

表2 淬火碳勢調整

隨爐試樣經過工藝1處理，經金相顯微硬度儀觀測后，網狀碳化物基本消除（見表3），并呈顆粒狀彌散分布，金相對比如圖2所示。

表3 工藝1處理網狀碳化物

圖2 網狀碳化物消除前后金相組織對比

本文嘗試用工藝1消除塊狀碳化物，消除效果不明顯，仍為3～4級，呈尖角塊狀分布，見表4。

表4 工藝1處理塊狀碳化物

（2）消除塊狀碳化物的方法 工藝2：通過升溫到（920±10）℃，降低碳勢（碳勢參數見表2），使碳化物有效溶解后，再降溫到淬火溫度淬火，降溫過程需開快冷風機以確保降溫速度，全過程以氮氣為保護氣體，甲醇為載氣，異丙醇為富化氣體，工藝曲線如圖3所示。

圖3 消除塊狀碳化物的工藝曲線

經過工藝2處理后，隨爐試樣經金相顯微硬度儀檢測后，兩種不良碳化物均一次性消除，但殘留奧氏體等級在4～5級，分析原因是由于經過（920±10）℃保溫后隨爐降溫到830℃過程中，由于表面含碳量較高，降低了Ms點，因而組織中保留較多殘留奧氏體，導致表面硬度為56～57HRC，通過延長低溫回火時間到48h以上，或提高低溫回火溫度到220℃，殘留奧氏體數量可降低到15%以內（2～3級），同時表面硬度可達到58HRC以上（見表5、表6），工件表面無明顯的氧化脫碳現象。

表5 網狀碳化物

表6 塊狀碳化物

金相對比如圖4、圖5如示，經過工藝2處理后，塊狀碳化物基本消除，呈彌散分布。

圖4 塊狀碳化物金相組織對比

圖5 殘留奧氏體對比

3.結語

針對本文討論的兩種材料20C r N i2M o、17Cr2Ni2Mo，可以得出以下結論：

（1）對于網狀系碳化物，使用850℃保溫淬火，適當降低淬火碳勢，即可保證碳化物1～2級，表面硬度58HRC以上。

（2）對于塊狀系碳化物，使用（920±10）℃+830℃保溫淬火，適當降低淬火碳勢，同時使用220℃低溫回火，即可保證碳化物1～2級，表面硬度58HRC以上。

（3）通過使用上述工藝對不良碳化物進行處理，工件表面金相組織形態符合GB/T25744－2010，表面硬度符合客戶要求，同時縮短了處理周期。（20131106）