PAG淬火介质与钢的渗碳化学热处理
发布时间:2012-08-08 14:37:58
对于表面承受剧烈摩擦，承受很大动载荷条件下工作的零件，表面要求耐蚀性好、耐热性好，就不能采用表面淬火的方法解决，而应采用钢的化学热处理与PAG淬火介质达到上述性能的要求。化学热处理的特点是除组织变化外，表面层的化学成分也发生变化。根据渗入元素的不同，可将化学热处理分为渗碳、渗氮、碳氮共渗及渗金属等多种。
无论哪一种化学热处理工艺，元素的渗入过程基本相同，有着共同的规律，整个化学热处理与PAG淬火介质应用过程就是下面三个过程不间歇进行的结果。
分解：介质在一定温度下，发生化学分解，产生渗入钢中的活性原子。
吸收：分解出来的活性原子被工件表面吸收。
扩散：当零件表面吸收的活性原子达到一定浓度时，活性原子则继续向心部扩散，并力图达到均匀。
下面先介绍化学热处理之渗碳：渗碳是向钢的表层渗入碳原子的过程，目的是提高钢件表层的含碳量并形成一定的碳浓度梯度。与表面淬火相比，渗碳主要用于那些对表面有较高耐磨性要求，并承受较大冲击载荷的零件。渗碳用钢为低碳钢及低碳合金钢，如20、20Cr、20CrMnTi、20CrMnMo、18Cr2Ni4W等。含碳量提高，将降低工件心部的韧性。
根据渗碳剂与应用PAG淬火介质的不同，渗碳方法可分为固体渗碳、液体渗碳，气体渗碳三种，目前采用最多的是气体渗碳。气体渗碳是将零件放人密封的渗碳炉中，加热至900-950℃，通入含碳的气体或直接滴入含碳的液体与PAG淬火介质，这些渗碳剂在高温下分解，产生活性原子。
活性炭原子被零件表面所吸收后，溶入铁的晶格中形成间隙固溶体，也可与铁形成化合物Fe3C，并向内部扩散。表面含碳量可达0.85%-1.05%，且含碳量从表面到心部逐渐减少，心部仍保持原来低碳钢的含碳量，最后形成一定深度的渗碳层。一般渗碳层深度为0.5-2.0mm，渗碳层深度主要取决于保温时间，一般可按每小时0.2-0. 25mm/h的速度进行估算。
若要使表层具有高硬度，高耐磨性，心部具有良好的韧性，应进行渗碳后使用PAG淬火介质进行淬火和低温回火处理(150-200℃)，以消除淬火应力和提高韧性。此时表层组织为细针状回火马氏体和均匀分布的细粒渗碳体，硬度高达58-64HRC，耐磨性较好；心部因仍为低碳钢，其显微组织是铁素体和珠光体（某些低碳合金如20CrMnTi，心部组织是全部的板条状马氏体或板条状马氏体+铁素体），硬度较低，可达30-45HRC，因而具有较高的韧性和适当的强度。
由于渗氮后零件表层硬度很高：不需再进行使用PAG淬火液进行淬火等其他热处理。但为使氮化的零件心部获得良好的机械性能，渗氮前必须进行调质处理。形状复杂或精度要求高的零件，渗氮前精加工后要进行消除内应力的退火，以减少渗氮时的变形。
本文参考《金属工艺基础与实践》一书。
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