碳化解释它是如何工作的,福利和类型

碳化是传统的和可靠的热化学过程使用的小型研讨会以及大型行业变硬低碳钢部分。方法经历了难以置信的进步多年来由于自动化和更好地理解化学反应的热力学和动力学。

在本文中,我们探索这一过程要了解它是如何工作的,它所提供的优势和它的最常见的方法。让我们首先定义什么是碳化。

碳化是什么?

碳化是热处理工艺改善机械性能如通过添加碳金属表面的硬度。

随着碳不仅仅限于表面,周围的过程形成了一个难缠的人沿着其表面部分区域。因此,碳化过程是一个类型的表面硬化处理。其他表面硬化过程的例子氮化碳氮共渗,铁素体nitrocarburising等等。

碳化是什么时候使用?

碳化通常用于硬化钢的外表面部分后加工成最终的形状。

的碳的数量在一个部分的成分直接决定了最终的硬度。如果初始碳含量很低,加热和淬火部分增加硬度是不够的。

这样的部分,我们必须首先增加碳的组成材料。这是通过碳化。通过操纵的因素在碳化过程中,我们可以增加碳含量从表面所需的浓度和案例的深度,然后变硬的部分。

这使得过程的理想低碳的钢普通碳素结构钢或钢的合金元素。

碳化的好处

碳化过程有许多优点。结果,它已成为广泛接受在不同垂直提供可靠的,表面硬化的部分。让我们看一看其中的一些优点:

简单而通用的过程

过程很简单,可以执行基本的熔炉,在许多情况下,非熟练劳动力。它与广泛的作品的碳钢,合金钢,铸铁,最大的碳含量是0.4%。

它也可以处理非常复杂的设计,只要不均匀冷却的不同部分都占了。如果不考虑,材料将开发过度的压力和休息。

低成本

碳化能提供零件的硬度相似工具钢没有他们的成本太高。当然,也有局限性,如允许服务温度和耐用性,但carburised钢可以代替昂贵的钢在许多应用程序中没有安全或功能问题。

大规模生产

碳化适用于大批量生产的过程可以自动化生产大批量连续表面硬化的产品。

良好的尺寸控制

部分几乎总是发生小变形,但相比其他热处理操作,这些变化更小,更易于管理。

高耐磨性和韧性

耐磨性和延性材料通常是相互排斥的。耐磨表面淬火得到的工件。但硬化也使得材料脆性,这意味着它失去了延性,,其冲击强度。

表面淬硬给了我们努力的部分表面但有柔软和艰难的核心。这使得部分有高耐磨性和韧性同时。

因此,可以承受冲击负荷以及一部分抵抗磨损胜任地。

高疲劳强度

Carburised部分高疲劳强度因为他们独特的建筑。艰难的内部以及坚硬的外层可以承受更高的疲劳载荷。是看到的表面硬化18 crnimo7-6 carburisation后的疲劳极限比以前高出大约60%。

此外,高表面硬度抑制疲劳裂纹萌生和改变表面的疲劳失效模式未能内部故障。

碳化过程

碳化过程增加了碳金属的表面。这是通过加热金属在富含碳的气氛中。在更高的温度,碳会扩散到材料的固溶体或形成碳化物。对这两个过程,高温是必要的。

如果碳进入固溶体,我们需要开展进一步的热处理增加金属的硬度最高水平。表面必须无任何污染物,如石油或氧化层,易于扩散到表面。碳化物,另一方面,自然硬材料高熔点。

将碳添加到金属的表面,可以使用四种不同的机制。区别在于基材的方式暴露在富含碳的物质。

固体碳化或碳化

最古老和最便宜的方法之一是碳化包碳化。在这种方法中,金属工件放置在固体碳质材料,比如碎木炭煤球。这就是为什么它也被称为固体碳化。

让我们分解包碳化更并讨论1018碳钢的过程。它包括三个主要步骤:

• 碳之外

• 热处理

• 应力消除或回火

碳之外

钢铁是放置在各方接触碳质材料在密封箱中。耐火粘土等火泥,可用于密封盒。

一旦包装,盒子是存入一个炉,加热在925°C (1700°F ~) 8 - 10小时。炉,二氧化碳的碳质材料水解成一氧化碳和碳元素。碳扩散到金属。

随着时间的推移,这就增加了碳层表面的成分。碳的吸收速度和深度达到取决于时间、炉温度和气氛。

一旦部分吸收足够的碳,盒子从炉中移除和钢框的一部分。此时金属仍然是软,但更高的碳势。

热处理

现在,是时候为热处理工艺增加硬度。钢铁是直接放置在炉790°C (1450°F ~),大约15分钟。这使得珠光体组织完全转变成奥氏体。

炉的部分了在水中快速淬火。快速冷却不允许反向转换回奥氏体,而相反,马氏体微观结构的发展,这是非常难的。

应力消除或回火

快速冷却会导致内应力的形成的部分。建议来缓解这些压力回火-加热到一个较低的温度约为205°C (400°F ~)大约一个小时,这一次,是不灭的一部分,但在空气中冷却。

所有这些步骤之后,我们有一个无情的1018钢部分至多6倍比未经处理的部分。

尽管其明显的优点,包碳化方法并不像常见的商业使用这些天因为它太慢了而一些更现代的方法。但它仍然发现应用程序在小作坊用于表面硬化过程齿轮、刀轴等。

真空碳化

在真空碳化法、碳扩散发生在真空或低压炉。金属部分是丙烷,迅速分解成碳和氢的成分。碳吸收容易比其他方法和以低得多的温度,节省时间和金钱。

这一过程也不排放任何有害气体。因此,在真空碳化,我们有一个快,可持续发展的和负担得起的过程,我们可以精确的控制。因此真空碳化是用于制造精密工具、齿轮和复杂的部分,需要高度的准确性。

液体碳化(氰化处理)

顾名思义,在熔盐浴液进行碳化。碳基盐盐。因为最常用的盐是氰化钠,这个过程也称为氰化。

这个过程发生在850 - 950°C和碳化过程是最快的。然而,极端的预防措施是必要的过程中人类氰化物是剧毒。

齿轮和螺母和螺栓通常使用液体硬化碳化过程。

气体碳化

当气氛碳源的碳化过程,它被称为气体碳化。常用的气体对碳化丙烷和甲烷。当他们接触到热钢在空气存在计算量和催化剂,他们游离在金属表面元素碳,然后吸收表面。

典型的碳化过程的温度大约是925°C (1700°F)。通过控制过程温度和气氛,我们可以控制这个过程很好。这使它适合大规模生产。使用天然气发动机曲轴通常carburised碳化的方法。

碳氮共渗

碳氮共渗是一种特殊类型的表面硬化过程,涉及接触材料不仅碳氮添加到金属。类似于碳形成碳化物,氮可以形成氮化物在金属的晶格。氮化物显示属性类似于与他们的高硬度、高熔点碳化物。

因此,氮化的形成也可以帮助我们提高低碳钢表面硬度的部分。

在碳氮共渗,随着丙烷/甲烷,氨添加到气体混合物作为氮源。

碳氮共渗要求降低炉温度比碳化过程。碳氮共渗过程的典型温度为840°C (1550°F)。

不同碳化、碳氮化物零件可以保留其硬度较高的服务温度。