钢材加工表面硬化的几种方法

表面硬化工艺对于机械、电子、医疗设备、航空航天、石油和天然气等行业的零件非常重要。根据应用场景的不同，一些零件需要较高的表面硬度或强度。而一些需要应对复杂工作应力的零件不仅需要耐磨的表面，还需要核心强度和韧性以承受冲击应力。

一般使用两种常用方法来获得这些不同的属性。

1、改变调质前后表面的化学成分。使用的工艺包括渗碳、氮化、氰化和碳氮共渗。

2、加热和淬火过程仅硬化表面层。用于表面硬化的最常用方法是火焰硬化和感应硬化。

渗碳工艺

通过在含碳介质中加热零件，碳会扩散到零件表面至受控深度。由此产生的渗碳深度（通常称为渗碳深度）取决于所用介质的碳势以及渗碳过程的时间和温度。最适合渗碳以增加韧性的钢是那些碳含量足够低（通常低于 0.3%）的钢。渗碳温度范围为 1550-1750°F (843-954°C)，根据不同的表面深度调整温度和时间。钢材的选择、淬透性和硬化类型取决于截面尺寸、所需的芯部硬度和服务要求。

三种最常用的渗碳技术

液体渗碳

用熔融的氰化钡或氰化钠加热钢。除碳外，表壳还吸收氮，使其表面坚硬。

渗碳包

这是通过将固体碳材料和钢密封在封闭容器中来完成的，然后加热它。

气体渗碳

该过程在具有特定碳含量的气体中加热钢。它使您可以严格控制碳含量。

使用这两种方法中的任何一种，都可以在渗碳循环后不重新加热零件进行淬火，或者将其空气冷却，然后在淬火前将其重新加热到奥氏体化温度。

柜体的深度可以根据使用中的负载条件进行调整。但是，维护特性通常只需要对零件的选定区域进行表面硬化处理。用一层铜镀层或商业糊覆盖非封装区域，使碳仅渗透暴露区域。另一种方法是对整个零件进行渗碳并在硬化前对其进行加工。移除选定区域中的外壳。

钢的热处理

氮化工艺

该过程是通过在 900°F 至 1150°F 的温度下在氨和裂解氨中加热钢部件来执行的。氮化物的形成允许形成薄而硬的壳。为了使该工艺成功，钢需要具有强大氮化能力的元素。这些元素包括含有铬钼和铝的特殊非标准钢种。此外，这种工艺的主要优点是可以在渗氮前进行淬火、回火和机加工。这是因为在氮化过程中只发生了微小的变形。

氰化工艺

该过程需要将部件在熔融氰化钠浴中加热到刚好高于转变范围的温度，然后快速冷却以获得较薄的硬度。

碳氮共渗

这个过程类似于氰化。不同之处在于碳和氮的吸收是通过在含有碳氢化合物和氨的气态气氛中加热部件来完成的。对于要淬火的零件，使用温度为 1425-1625°F (774-885°C)，如果不需要液体淬火，可以使用 12000-1450°F (649-788°C) 的温度。增加。较低的温度。

火焰硬化

在这个过程中，钢部件通过直接暴露在热气体的明火中被快速加热。将表面加热到转变范围以上的温度，然后进行一些冷却以完全硬化。我们的火焰硬化钢的碳含量为 0.30-0.60%。将淬火剂喷在稍微远离加热火焰的表面上。需要立即回火，可以在传统炉中或通过火焰回火工艺完成，具体取决于零件尺寸和成本。

感应淬火

这个过程有点类似于火焰硬化过程，主要区别在于高频电流围绕着被硬化的钢部件。因此，加热深度取决于频率、表面的热导率和表面被加热的程度。以适当的间隔喷水以淬火零件。因此，在达到一定温度后，可以将零件浸入油浴中进行油淬。