谈谈脱碳、增碳问题

搬运工

请有兴趣的会员随意聊聊脱碳、增碳、氧势、碳势方面的问题。

aaron01

渗碳气氛里才有碳势哦，非渗碳气氛没有碳势这个说法的，但是在非渗碳气氛里加热，也可以做到零件不脱碳，不增碳，比如氢气气氛和氨分解气气氛。
所以用氧势概念更合理，氧（或其他氧化性气氛）含量是造成零件脱碳的根本原因，而不是碳势。所以露点法是比较常用的监控方法。
增碳的话，只有在渗碳气氛里加热才有可能，这个增碳能力大小可以用碳势来表述，这个也可以用露点仪来监控的，当然传统是用氧探头来测量碳势。

cnszgong

      在一定温度下：当炉内的碳浓度高于合金材料表面的碳浓度就会增碳； 当炉内的碳浓度低于合金材料表面的碳浓度就会脱碳。
   

cnszgong

      在一定温度下：当炉内的碳浓度高于合金材料表面的碳浓度就会增碳； 当炉内的碳浓度低于合金材料表面的碳浓度就会脱碳。
   

aaron01

具体到轴承零件，比如GCr15材料淬火，脱碳的坏处是会造成表面拉应力上升，即使磨加工可以将脱碳层全部磨去，但是表面应力状态还是无法改善了，过高的表面残余拉应力，有可能会造成接触疲劳强度下降，引起早期失效。
而增碳的话，会在表面堆积粗大碳化物，甚至会形成网状碳化物，使得零件变脆，易开裂。
所以理想的组织应该是表面不脱碳也不增碳，或者是微增碳，最好不要有脱碳现象。

随风飘飘

比如长轴类产品，如果表面增碳，会减少使用寿命！会提前失效！

aaron01

cnszgong 发表于 2014-3-11 15:51
在一定温度下：当炉内的碳浓度高于合金材料表面的碳浓度就会增碳； 当炉内的碳浓度低于合金材料表面 ...

呵呵，炉内碳浓度？这个炉内碳浓度是什么？哪来的？

aaron01

随风飘飘 发表于 2014-3-11 16:57
比如长轴类产品，如果表面增碳，会减少使用寿命！会提前失效！

什么样的长轴增碳后会出问题呢？
我做过变速箱里的长轴，是要渗碳的。

随风飘飘

aaron01 发表于 2014-3-11 17:09
什么样的长轴增碳后会出问题呢？
我做过变速箱里的长轴，是要渗碳的。 ...

不满您说，我这做的轴长670-720mm、直径43的这种，09年退货类比较高！检测后，表面含碳量比里面高（是看金相对比的），由于是汽车贯通轴受冲击载荷及其交变载荷比较大，而产生的失效！

aaron01

随风飘飘 发表于 2014-3-11 17:21
不满您说，我这做的轴长670-720mm、直径43的这种，09年退货类比较高！检测后，表面含碳量比里面高（是看 ...

你这个问题很奇怪，对冲击韧性起重要作用的是心部硬度，而不是表面硬度。
按理不应该出现你说的这个情况，否则齿轮和齿轮轴的渗碳工艺可以休矣！那些齿轮零件工作也是承受交变载荷的，之所以采用渗碳工艺，就是不想要太高的心部强度，以免降低整体韧性。

cnszgong

随风飘飘 发表于 2014-3-11 17:21
不满您说，我这做的轴长670-720mm、直径43的这种，09年退货类比较高！检测后，表面含碳量比里面高（是看 ...

您说的是不是中碳合金钢？

cnszgong

aaron01 发表于 2014-3-11 17:48
你这个问题很奇怪，对冲击韧性起重要作用的是心部硬度，而不是表面硬度。
按理不应该出现你说的这个情况 ...

飘飘说的可能是两头带花键的汽车半轴，那种零件多半是调质，最终热处理是感应淬火的。

随风飘飘

cnszgong 发表于 2014-3-11 18:27
飘飘说的可能是两头带花键的汽车半轴，那种零件多半是调质，最终热处理是感应淬火的。 ...

回楼上2位；就是12#说的热处理工艺状态，由于是花键轴调质后感应淬火，所以调质时最好做到零件表面不增碳也不要脱碳，我现在采用的方法就是调质后再精车一刀后----滚花键----再中频感应淬火；原来的工艺是滚花键后---调质--感应淬火的。

随风飘飘

aaron01 发表于 2014-3-11 17:48
你这个问题很奇怪，对冲击韧性起重要作用的是心部硬度，而不是表面硬度。
按理不应该出现你说的这个情况 ...

回严工，通过采用13#的方法，减少了退货率！
个人观点：这种花键轴表面不论是脱碳还是增碳都会存在提前失效的可能！
大家如有异议，再回贴交流！

孤鸿踏雪

　　　增碳
　　　主要特征：经油炉加热的锻件，其表面或部分表面发生增碳现象。有时增碳层厚度深达1.5mm左右，增碳层的含碳量达1％左右，局部点含碳量甚至超过2％，出现莱氏体组织；
　　　产生原因及影响：坯料在油炉里加热时，两个喷油嘴的喷射交叉区得不到充分燃烧，造成渗碳气氛，或喷嘴雾化不良喷出油滴，使锻件的表面出现增碳现象。
　　　增碳使锻件的机械加工性能下降，切削时易打刀。

搬运工

aaron01 发表于 2014-3-11 17:07
呵呵，炉内碳浓度？这个炉内碳浓度是什么？哪来的？

不存在炉内“碳浓度”这么一个说法。

小小学生

对于轴承钢淬火用碳势我来说一说：
现在用的较多的是氮基甲醇裂解气氛丙烷富化。关于碳势设到多少合理更是众说纷纭。我想之所以说法不一，主要是设备密封性各厂家存在差异，另外是定碳的准确性也存在差异，因为这两点的差异，所以碳势的设置值就存在了差异。总体来说，大家都希望做到不增碳又不脱碳，那么这个临界点是多少呢，我认为这个临界点应为0.55，所以炉内碳势设成0.5-0.6就可以保证不脱碳也不增碳。为什么是0.5-0.6而不是1.0，见后面我发的帖子（感谢指出我错误的老师傅）

aaron01

小小学生 发表于 2014-3-24 15:11
对于轴承钢淬火用碳势我来说一说：
现在用的较多的是氮基甲醇裂解气氛丙烷富化。关于碳势设到多少合理更是 ...

“这是因为不脱碳与不增碳的碳势是保证炉外的一氧化碳分压与钢中奥氏体中碳的分压一致时的值。”

CO分压是20%，碳势是零点几，根本不是一致的概念。另外，碳在奥氏体里也不能叫分压，应该称碳浓度。
推荐大家看这个帖子，http://www.rclhome.net/forum.php ... p;extra=&page=1

小小学生

aaron01 发表于 2014-3-24 15:28
“这是因为不脱碳与不增碳的碳势是保证炉外的一氧化碳分压与钢中奥氏体中碳的分压一致时的值。”

CO分压 ...

要说就把问题说透它，之前的帖里面的术语有问题，用些专业资料来说明这件事吧。
炉气中氧化性气氛有O2、H2O和CO2三种，炉气下这三种氧化性气氛也是存在平衡关系的。碳势测量方式有三种，氧探头测氧气含量，露点仪测水汽含量，还有一种方法是红外法测CO2。测量碳势除了需要测其中一种氧化性气体含量之外，还要测CO的含量，因为，如果不知道CO含量，光知道某种氧化性气氛的含量是计算不出碳势的，碳势计算是三个值的函数：CO值、温度、氧含量。因此准确地说，测量碳势都必须测得准确的CO值，但实际在使用氮甲醇（包括纯甲醇）或吸热式气氛时，CO含量都是固定不变的，因此都可以直接在碳控仪里直接给出这个值。
氧探头法测量的是炉内气氛与参比气氛（空气）中氧的浓度电位差，是目前应用最广泛的测量方法，现在一般用氧探头法进行连续测量和控制碳势，后两种方法可以用来做校验用，很少直接用来连续控制碳势的。轴承零件碳势控制值0.5%-0.6%是比较合理的。过低过高会在表面产生脱增碳反应。
钢铁零件在一般空气炉中加热，会发生氧化和脱碳。加热时的氧化不仅造成材料的损耗，而且影响零件的表面质量，脱碳使零件的耐磨性、强度，尤其是疲劳强度显著降低，缩短了零件的使用寿命。
在热处理中的应用可控气氛，能有效地防止零件在加热过程中的氧化脱碳，对零件在热处理中的变形和开裂倾向也有所改善。 因此对可控气氛碳势的测量与控制非常重要。
1、炉气碳势的定义
碳势是表征含碳气氛在一定温度下改变钢件表面含碳量能力的参数。所谓碳势，是指一定温度和炉气成分条件下，钢在奥氏体状态下与炉气成分间达到平衡时的碳浓度。该量值是气氛的特征，也是钢的特征，而且只有在系统处于平衡状态时才有意义。
2、 影响炉气碳势的因素
碳势是气体渗碳、保护气氛加热等工艺过程中需要精确控制的主要参数。炉气的碳势未得到有效控制时，往往造成钢铁工件的表面发生渗碳或脱碳。
在一定的温度下，炉气碳势主要取决于炉气的成分及在其高温下相互结合反应的结果。炉气成分主要有ＣＯ，Ｈ２，Ｎ２和少量的ＣＯ２，Ｈ２Ｏ，Ｏ２以及 ＣＨ４和不饱和的碳氢化合物等。其中对钢起还原保护作用的炉气成分主要有ＣＨ４和ＣＯ。炉气中的ＣＯ２，Ｈ２Ｏ和Ｏ２将对钢起氧化脱碳的作用，炉气的各组分在高温下的相互反应是十分复杂的，基本可归纳为以下的方程式：
２ＣＯ→［Ｃ］＋ＣＯ２
ＣＯ＋Ｈ２→［Ｃ］ ＋Ｈ２Ｏ
ＣＨ４→［Ｃ］ ＋２Ｈ２
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ２
ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ２
２ＣＯ＋Ｏ２→２ＣＯ２
ＣＨ４＋ＣＯ２→２ＣＯ＋２Ｈ２
炉气碳势（Ｃｐ）是除Ｎ２以外炉气各成分在一定的温度下经化学平衡反应后对钢体表面渗碳能力的参数。炉气中的Ｈ２Ｏ，ＣＯ２和Ｏ２含量虽很少，但是这些气体微量的变化也会影响炉气的碳势。
正常的保护气体中，CO和H2的含量基本上是定值，如用丙烷或丁烷制备渗碳气体，其中大致含24%CO和33%H2。炉气中的CH4和O2对CO2和H2O的含量影响很大，当增加渗剂滴量或富化气体通入量，使CH4的含量增加时，CO2和H2O会迅速减少，其反应是：
              CH4+H2O=CO+3H2
              CH4+CO2=2CO+2H2
   当O2量增加时，炉气中的CO2和H2O会迅速增多，其反应是
                2H2+O2=2H2O
                 2CO+O2=2CO2
   由此可知，只要控制炉气中的O2 、CO、H2O、CH4和CO2中的任何一种气体的相对含量，也就能达到控制炉气成分、调整碳势的目的。
3、炉气碳势的测量方法
碳势的测量方法有直接测量和间接测量两种。所谓直接测量就是用低碳钢箔在含碳气氛中的平衡碳量来表示，具体测量方法如下：当炉气碳势稳定以后将用铁丝系着的钢箔 （一般尺寸：长×宽×厚 ＝１２０ ｍｍ×２０ ｍｍ× （０．０５～ ０．１） ｍｍ ）从带水冷套的取样孔放入炉内，然后拧上螺盖。经过３０ ｍｉｎ～４５ ｍｉｎ后取掉样孔的螺盖，用石棉布堵住其口，将铁丝取出，把钢箔在水冷套中充分冷却２ ｍｉｎ～３ ｍｉｎ后（防止氧化脱碳）取出，擦去钢箔表面的碳黑，然后用称重法确定其含碳量，则此含碳量就为炉气的碳势（Ｃｐ）。用万分之一的天平称重即可准确地计算出炉气碳势值。其计算公式如下：
Ｃｐ（Ｃ ％）＝〔（Ｗｌ× ａ ％ ＋（Ｗ２－Ｗ１）/Ｗ２〕×１００ ％
式中，Ｗ１为钢箔渗碳前的重量；Ｗ２为钢箔渗碳后的重量，ａ ％为钢箔渗碳前的原始含碳量。
炉气碳势的间接测量法
应用比较广泛的碳势控制方法是单参数方法（如采用氧探头、红外仪、露点仪等）。根据炉气平衡原理，通过控制炉气反应中得到的某一成分，如Ｏ２，ＣＯ２，Ｈ２Ｏ的含量进而间接控制炉气碳势。

小小学生

资料介绍对于GCr15钢淬火后，要求获得平均含碳量为0.55%左右的隐晶马氏体、9%左右残奥和7%左右呈匀、圆状态的未溶碳化物的显微组织，此时轴承零件的各项性能是最佳的。

搬运工

小小学生 发表于 2014-3-24 15:58
资料介绍对于GCr15钢淬火后，要求获得平均含碳量为0.55%左右的隐晶马氏体、9%左右残奥和7%左右呈匀、圆状态 ...

能否以此来支持你在17楼提到的“炉内碳势设成0.5-0.6就可以保证不脱碳也不增碳” 这么一个论点？

Friday

个人认为，不管碳势多少，只要炉内氧化性气氛如CO2，H2O,O2等浓度达到一定的条件，就会产生脱碳。
CO与CO2是一个动态平衡的组合，即使碳势再高，当其中条件具备时，发生一定的变化时会导致Fe3C+CO2——3Fe+2CO的脱碳反应。
脱碳与增碳，不在于碳的浓度，二在于其中动态平衡超那个方向反应。

心情

Friday 发表于 2014-5-21 16:37
个人认为，不管碳势多少，只要炉内氧化性气氛如CO2，H2O,O2等浓度达到一定的条件，就会产生脱碳。
CO与CO2 ...

碳在钢中以两种形式存在:碳固溶在奥氏体中，还有就是以碳化物形态存在，在脱碳的时候，是哪一种形态的碳先被氧化？

Friday

心情 发表于 2014-5-21 19:46
碳在钢中以两种形式存在:碳固溶在奥氏体中，还有就是以碳化物形态存在，在脱碳的时候，是哪一种形态的碳先 ...

我认为，主要先发生反应Fe3C+CO2---Fe+CO,或者Fe3C+O2-----Fe+CO.