滲碳軸承鋼的熱處理現(xiàn)狀(一）

可控氣體滲碳包括吸熱式氣氛＋富化氣、氮-甲醇?xì)夥眨换瘹夂椭鄙娇煽貧夥铡?/span>吸熱式可控氣氛一般需要將天然氣或液化石油氣與空氣按照碳氧比為1∶1的比例混合后在反應(yīng)罐內(nèi)高溫加熱生成吸熱式氣體(載氣)，吸熱式氣氛滲碳的供碳源常選用天然氣或丙烷。氮–甲醇?xì)夥帐侵笇⒌獨馀c甲醇按一定比例混合后通入爐內(nèi)，在高溫下裂解得到載氣氣氛，其中CO:H₂:N₂約為2:4:4，之后向爐內(nèi)通入富化氣(甲烷、丙烷或丙酮等)。氮氣＋甲醇在爐內(nèi)裂解后氣氛成分穩(wěn)定，采用氧探頭很容易實現(xiàn)氣氛碳勢的自動控制。直生式氣體滲碳也被稱為“超級滲碳”，即直接向爐內(nèi)通入富化氣(丙烷、丙酮或天然氣等)與空氣的混合氣氛，其中富化氣的通入量是固定的，通過控制空氣的通入量調(diào)節(jié)爐內(nèi)碳勢。

2.2 真空滲碳

真空滲碳是一種新型的氣體滲碳方法，其過程—般為“強(qiáng)滲→擴(kuò)散→強(qiáng)滲→擴(kuò)散”循環(huán)模式，直至滲碳層深度達(dá)到要求為止。真空滲碳是利用“飽和值調(diào)整法”對爐內(nèi)碳勢進(jìn)行控制，即在強(qiáng)滲階段使表面奧氏體達(dá)到碳飽和，然后碳原子在擴(kuò)散階段向材料內(nèi)部擴(kuò)散，通過調(diào)整強(qiáng)滲期和擴(kuò)散期的時間比，使最終表面碳濃度和滲碳層深度達(dá)到要求。傳統(tǒng)氣氛滲碳溫度區(qū)間為880~930 ℃,而真空滲碳的可用溫度區(qū)間為920~1 050 ℃，適用于高溫滲碳和深層滲碳。目前，真空滲碳多采用乙炔或丙烷作為供碳源，文獻(xiàn)[23,27]研究表明，在滲碳過程中，乙炔比丙烷能夠釋放更多的活性碳原子，可提高滲碳效率且更節(jié)能。

2.3 離子滲碳

20世紀(jì)90年代，離子滲碳技術(shù)已經(jīng)在美國、法國和德國等發(fā)達(dá)國家用于工業(yè)化生產(chǎn)，我國目前對離子滲碳的研究尚未成熟。離子滲碳利用了脈沖輝光放電原理，氣體離子流在加速電壓下向材料表面猛烈轟擊，表面鐵原子被濺射出來后的空位由碳原子替代，直至表面碳濃度達(dá)到飽和。離子滲碳過程包括等離子體輝光放電和傳質(zhì)2個不可逆過程的交互作用，滲碳質(zhì)量的控制具體涉及氣體成分、氣體分壓、輝光電流密度、滲碳–擴(kuò)散時間比和滲碳溫度等參數(shù)，在滲碳溫度、滲碳–擴(kuò)散時間比和氣體分壓確定的情況下，可通過調(diào)控電流密度實現(xiàn)對表面碳含量、碳濃度分布及滲碳層深度的精準(zhǔn)控制。離子滲碳的供碳源可以使用甲烷或丙烷，常用載氣有氫氣和氮氣，滲碳溫度一般為850~ 980 ℃。相較于傳統(tǒng)氣氛滲碳和真空滲碳，離子滲碳具有工藝周期短，易于實現(xiàn)深層滲碳，可精準(zhǔn)控制表面碳濃度和滲碳層深度的優(yōu)點。我國力爭在2030年前實現(xiàn)“碳達(dá)峰”，而目前廣泛使用的可控氣氛滲碳和真空滲碳均存在尾氣排放的缺點。因此，亟需加快對離子滲碳的過程控制及離子浚碳設(shè)備的研究。

3、滲碳軸承鋼熱處理組織缺陷及其消除

滲碳軸承鋼熱處理組織缺陷主要來源于滲碳和后續(xù)熱處理，常見熱處理組織缺陷有網(wǎng)狀碳化物、表面脫碳及表面殘余奧氏體過多等。

3.1 網(wǎng)狀碳化物

碳化物的析出與溶解貫穿滲碳熱處理各個階段，碳化物的形貌、尺寸及分布對鋼的使用性能具有重要影響。滲碳軸承鋼在滲碳及后續(xù)熱處理過程中應(yīng)避免出現(xiàn)網(wǎng)狀碳化物。滲碳期間表面碳原子向內(nèi)部擴(kuò)散不充分易造成鋼表面碳濃度出現(xiàn)過飽和，鋼中的Cr，Mo，V等合金元素會與碳原子結(jié)合并優(yōu)先在晶界上析出、長大，在顯微鏡下呈現(xiàn)為一圈包圍著奧氏體晶粒的白色沉淀相(圖2)，即形成的網(wǎng)狀碳化物。