【摘要】采用工業計算機控制，研究了在不同滲碳深度條件下，自適應滲碳過程中，滲碳參數最高爐氣碳勢、最高表面碳濃度及表面碳濃度三者之間變化組合，對滲碳鋼18Cr2Ni4WA滲碳后滲層組織、硬度梯度變化趨勢的影響。結果表明，滲碳參數之間的合理組合，可以獲得理想的滲碳結果。熱處理行業，就當前的發展水平來說，可控氣氛熱處理是重要的組成部分。滲碳產品是熱處理主流產品之一，發揮了傳統材料的潛在能力。對于承受重載、耐磨、沖擊和復雜應力的齒輪、軸、活塞銷和凸輪等零件，滲碳是最重要的表面強化手段之一。隨著滲碳零件諸如壽命、力學性能等要求越來越高，對滲碳質量的要求也水漲船高，過去的那種粗放型滲碳方式，顯然已經無法滿足要求，迫切需要進行更加精細的控制。當代微機技術發展及其他相關硬件設備的成熟，能夠實現滲碳產品的自動化生產，各種參數也可以實現精確的測量和控制。滲碳賦予鋼件表面具有高碳鋼淬火后的高硬度、高耐磨性，心部則具有低碳馬氏體的強韌性，利于提高零部件的承載能力和使用壽命，滲碳是典型的化學熱處理工藝，廣泛應用于各種大規模生產的機械制造部門。人們在長期生產和科學試驗中認識到，滲碳件的各項性能與滲碳層的濃度分布及組織結構有密切關系，不同零部件的服役條件不同，則對滲碳層的濃度分布及組織要求不同，可根據零部件要求制定合理的滲碳工藝。本文在試驗中選用常用的滲碳材料18Cr2Ni4WA,分析了滲碳參數最高爐氣碳勢、最高表面碳濃度及表面碳濃度三者之間的變化組合，以及對滲碳鋼18Cr2Ni4WA滲碳后滲層組織、硬度梯度變化趨勢的影響。一、 試驗材料及試驗條件試驗材料為18Cr2Ni4WA鋼。其化學成分為：wC=0.13%?0.19%,wSi=0.17%?0.37%,wMn=0.30%?0.60%,wW=0.80%?1.20%,wCr=1.35%?1.65%,wNi=4.00%?4.50%。在JT—60井式爐中進行滲碳。滲碳溫度為910°C,滲劑采用煤油和甲醇。采用自適應方式，微機完全自動控制整個過程。溫度控制精度為±1C,碳勢控制精度為±0.05%。試驗中設計了滲層深度為0.8mm、最高爐氣碳勢0.95%、最高表面碳濃度0.90%、表面碳濃度0.85%;滲層深度為0.8mm、最高爐氣碳勢1.05%、最高表面碳濃度1.0%,表面碳濃度0.85%;滲層深度為1.5mm、最高爐氣碳勢1.05%、最高表面碳濃度1.0%,表面碳濃度0.90%;滲層深度為1.5mm、最高爐氣碳勢1.10%、最高表面碳濃度1.05%、表面碳濃度0.90%;滲層深度為1.5mm、最高爐氣碳勢1.05%、最高表面碳濃度1.0%、表面碳濃度0.85%。采用化學分析法對剝層化學成分進行分析，主要是碳分的測定。剝層試樣尺寸為28mmX100mm,剝層深度每次為0.1mm。利用AkashiHM一122半自動顯微硬度計對試樣滲層進行硬度梯度測定，試樣在810C淬火，然后在160C進行回火。二、 試驗結果及分析滲層碳濃度分布圖1、圖2分別為滲層深度為0.8mm、最高爐氣碳勢1.05%、最高表面碳濃度1.0%、表面碳濃度0.80%與滲層深度為1.5mm、最高爐氣碳勢1.05%、最高表面碳濃度1.0%、

表面碳濃度0.85%碳濃度設計曲線與實測碳濃度分布曲線。由圖1和圖2可知，實際的碳濃度分布與設計的碳濃分布總的趨勢大致相同。表面碳濃度0.85%碳濃度設計曲線與實測碳濃度分布曲線。由圖1和圖2可知，實際的碳濃度分布與設計的碳濃分布總的趨勢大致相同。i.o-(i.4-二鏗錨鋼0.() 0.2 0.4 06 0.8 1.(1曲摻層舞度為CL3nrn、懇為爐氣碳勢105%^晟高表IU碳液度丄D%、表蟲報度0.SQ%的碳恠度分布曲纜nvi1950.coM二翻轍髓滲圧誅度/mmS2滲層垛度為広謁爐氣碳嵯1.E電晟高麺饗熬度“獨表犯蘇度0.35氏的諜濃度分布曲線滲碳層硬度梯度與滲碳層組織表1、表2分別為滲層深度0.8mm與1.5mm，滲碳工藝參數變化時，表面碳濃度硬度梯度與滲碳時間的關系。由表1、表2可知，工藝參數的變化對硬度梯度的分布有顯著的影響，并且影響滲碳時間。表中Cg、Csmax、Cs分別表示最高爐氣碳勢、最高表面碳濃度、表面碳濃度。袁1潘IF■工蛙力0.8nm;：款理工藝參散與賽直碑叢度琥度擁炭灌覺時問的關系工芝繫西/rrir?蟻世小餃趴筍?總蒯段■:即mniCsCDEtX0.1020.3O.ias0.6a70S0.歸0l95aw77S"51刪5970.￡51as1,D17757S7706337§92$75愛2悽京辣廈為1.5nm港碳工藝曇敕與致面磋叢慎碓覽揀謹櫻礒時工占瑟％tni.EL閔畫士1甘目山&總CGEtK5.1120.A&41dJ.-60.70宣0?1:L.1121^141.50.901.Ui.a1034<2:討740721S71因6516：1ffli564\■.-翻￡C.901.101.曲K42746T3171269^5526$16-fe6CC顱674D.551-為1-DIQ94<27J07(173&2弾G闘SS7?&&5芒562鞋5

圖3、圖4分別為滲層深度為0.8mm、最高爐氣碳勢1.05%、最高表面碳濃度1.0%、表面碳濃度0.80%與滲層深度為1.5mm、最高爐氣碳勢1.05%、最高表面碳濃度1.0%、表面碳濃度0.85%的滲層組織形貌。1^44D0X

WO200圖560)4W1I〔時 甜03闖 401}5dlJ(dHl犁-K100.2 WO200圖560)4W1I〔時 甜03闖 401}5dlJ(dHl犁-K100.2 〔“t).b(f.Kt.ft圖&淬天馬氏體的硬度耳屈服強度的踐性關系羽材含碳雖與硬度的對應關系12001如昉暁度區E(M1-3.結果分析隨著工件表面含碳量的增加，硬度也逐步上升，但當wC>0.8%時，硬度不再上升，反而略有下降，這是由于殘余奧氏體量增加所致。圖5表示碳濃度與硬度的關系，淬火馬氏體的硬度與屈服強度有著良好的線性關系（見圖6）。鑒于測試條件的限制，我們以硬度數據來說明力學性能。在嚴格控制滲碳后淬火方法、淬火溫度、保溫時間，減少殘余奧氏體量，硬度梯度的變化趨勢和碳濃度的實際分布趨勢近似。由表1、表2可以看出合理的設計最高爐氣碳勢、最高表面碳濃度、表面碳濃度三者之間的關系可以獲得相對比較緩慢的硬度梯度，得到盡量合理的深層組織應力的分布。滲碳爐內氣相碳勢的設置應比所要求的表面碳濃度高0.15%?0.20%為宜，而最高表面碳濃度介乎于二者之間，滲碳參數這樣的