В области промышленного производства оптимизация эксплуатационных характеристик металлических материалов всегда была ключевым вопросом.Будь то шестерни для автомобильных двигателей, подшипники для машин и оборудования или прецизионные детали в аэрокосмической отрасли, все они должны выдерживать высокие нагрузки и износ в условиях эксплуатации.Как сделать металлические детали “твердыми снаружи и прочными внутри”, обладающими как износостойкостью, так и ударопрочностью?Процесс науглероживания, “черная технология”, которая укрепляет металлическую поверхность, является ключом к решению этой проблемы.
Что такое процесс науглероживания?
Процесс науглероживания – это технология химико-термической обработки, при которой углерод проникает в поверхность металла (обычно низкоуглеродистой или низколегированной стали) посредством высокотемпературного нагрева.После обработки науглероживанием содержание углерода на поверхности металла значительно увеличивается, образуя высокоуглеродистый слой, в то время как внутренняя поверхность по-прежнему сохраняет низкоуглеродистую или среднеуглеродистую пластичную структуру.Эта характеристика ”внешняя твердость и внутренняя прочность” позволяет деталям достичь качественного скачка в износостойкости, сопротивлении усталости и контактной прочности.
Основной принцип：
Процесс науглероживания обычно проводится при высокой температуре 900-950℃. Газы (такие как метан и пропан), жидкости (такие как керосин) или твердые вещества (такие как карбидный порошок) используются в качестве источников углерода для диффузии атомов углерода на поверхность металла.Впоследствии, в процессе закалки и отпуска, высокоуглеродистый слой превращается в мартенситную ткань высокой твердости, сохраняя при этом внутреннюю вязкость.
Классификация процесса науглероживания
1. Прямая закалка и низкотемпературный отпуск
Организация и эксплуатационные характеристики: Зернистость стали не поддается шлифовке.Деформация заготовки при закалке велика, остаточный объем аустенита на поверхности науглероживаемых деталей из легированной стали велик, а твердость поверхности низкая.
Область применения: Простота в эксплуатации и низкая стоимость.Его можно использовать для обработки деталей, которые не устойчивы к деформации и ударным нагрузкам, и он подходит для процессов газовой и жидкой науглероживания.
2. Предварительно охлажденная прямая закалка, низкотемпературный отпуск и температура закалки 800-850℃
Организация и эксплуатационные характеристики: Это позволяет уменьшить деформацию заготовки при закалке.Остаточный объем аустенита в проницаемом слое был немного уменьшен, а твердость поверхности немного увеличена, но аустенитные зерна не изменились.
Область применения: Операция проста, окисление, обезуглероживание и закалочная деформация заготовки невелики, и она широко используется в различных инструментах для изготовления мелкозернистой стали.
3. Одноразовый нагрев и закалка, низкотемпературный отпуск, температура закалки 820-850 ℃ или 780-810℃
Организация и эксплуатационные характеристики: У тех, кто предъявляет высокие требования к прочности сердцевины, закаленной при температуре 820-850℃, сердцевина имеет низкое содержание углерода, а поверхность требует высокой твердости, закалка при температуре 780-810 ℃ позволяет измельчить зерна.
Область применения: Подходит для обработки заготовок из углеродистой и низколегированной стали после твердосплавной науглероживания, крупнозернистой стали после газовой и жидкой науглероживания.Некоторые заготовки, которые не следует подвергать непосредственной закалке после науглероживания, и детали, которые необходимо подвергать механической обработке после науглероживания.
4. Науглероживание, высокотемпературный отпуск, одноразовый нагрев и закалка, низкотемпературный отпуск, температура закалки 840-860℃
Организационные и эксплуатационные характеристики: Высокотемпературный отпуск разлагает М и остаточный А, а углеродистые и легирующие элементы в инфильтрационном слое осаждаются в виде карбидов, что удобно для резки и уменьшения остаточного А после закалки.
Область применения: В основном используется для науглероживания заготовок из сплава Cr-Ni.
5. Вторичная закалка и низкотемпературный отпуск
Ткань и эксплуатационные характеристики: Первая закалка (или нормализация) позволяет удалить сетчатый карбид науглероживающего слоя и очистить сердечную ткань (850-870℃).Вторая закалка в основном улучшает структуру инфильтрационного слоя. Когда требования к эксплуатационным характеристикам сердечника невелики, он может быть закален в диапазоне от Ac1 до Ac3 материала, а когда требования к эксплуатационным характеристикам сердечника высоки, он должен быть закален выше Ac3.
Область применения: В основном используется для науглероживания важных деталей с высокими требованиями к механическим свойствам, особенно для крупнозернистой стали.Однако после науглероживания его необходимо дважды нагреть при высокой температуре, чтобы деформировать заготовку и усилить окисление и обезуглероживание.Процесс термообработки более сложен.
6. Вторичная закалка, холодная обработка, низкотемпературный отпуск
Структура и эксплуатационные характеристики: При закалке при температуре выше, чем Ac1 или Ac3 (сердечник), на поверхности высоколегированного сплава остается больше остаточного А, а холодная обработка (-70℃/-80℃) способствует преобразованию А для повышения твердости поверхности и износостойкости.
Область применения: В основном используется для обработки деталей из высоколегированной стали, которые не подвергаются механической обработке после науглероживания.
7. Индукционный нагрев, закалка и низкотемпературный отпуск после науглероживания
Ткань и эксплуатационные характеристики: Фильтрующий слой и ткань рядом с фильтрующим слоем могут быть очищены.Деформация при закалке невелика, и детали, которым не дают затвердеть, не нужно предварительно герметизировать.
Область применения: различные шестерни и валы.
Зключение
Процесс цементации не только позволяет придать металлическим деталям “усиленный металлический каркас”, но и играет незаменимую роль в повышении эксплуатационных характеристик изделия, продлении срока службы и снижении затрат на техническое обслуживание.С развитием науки и техники и промышленности процесс цементации также постоянно совершенствуется и оптимизируется, что позволяет использовать более эффективные и экологически чистые решения во многих отраслях промышленности.Выбирая процесс цементации, вы получаете двойную гарантию качества и эффективности, что позволит вашей продукции выделиться в условиях жесткой рыночной конкуренции и получить более широкие возможности для развития.
